从式 (2) 可以看出, 单站GPS测速精度受到各种误差的影响。这些误差大致有卫星轨道和钟差误差、对流层误差、多路径误差等[6]。
对于实时单站GPS测速, 无法获得精密卫星轨道和钟差, 因此卫星轨道和钟差误差较大, 但对于高频GPS数据, 其历元间卫星轨道和钟差误差几乎相同, 因此在历元间差分中, 可以很好地将卫星轨道和钟差消除。
对流层误差受对流层模型精度的影响, 但对于历元间高频数据的差分, 这些误差也可以消除。
对于相位观测值, 其多路径误差一般比较小。另外, 历元间多路径误差具有相关性, 大部分可以在历元间差分中消除。
由式 (2) 可知, GPS测速中历元间相位观测量与周跳有关, 因此需要对相位观测值进行周跳探测等预处理。当发生周跳时, 可进行周跳修复或数据剔除。
1.3 单站GPS测速用于地震监测
目前地震监测中一般是通过监测台站的同震位移研究地震信息。如前所述, 相对定位技术受参考站距离和本身位移的影响较大, 而PPP技术受到轨道和钟差实时性的制约, 本文所述的单站GPS测速技术能获取地震期间台站的速度信息, 同样可以对地震进行监测。同时对速度进行积分, 同样可以得到地震期间台站的同震位移。
与相对定位技术和PPP技术相比, 单站GPS测速只需采用广播星历, 保证了该方法的实时性或准实时性。同时, 这种方法只需要一个监测站, 具有较高的精度和可靠性。因此, 这种方法在实时地震监测中是一种有效的方法。
2 数据试验
为验证GPS测速用于地震监测的理论, 本文以2011年3月11日期间日本大地震和2012年6月30日新疆地震为例, 进行试验及分析。
2.1 2011年日本大地震
选取此次地震期间距离震中较近的两个IGS跟踪站 (MIZU, USUD) 观测数据, 其中MIZU距震中约170km, USUD距震中约450km, 数据采样率为1s。采用自编软件Vel_Cal进行计算。
图1和图2为地震前后的MIZU和USUD测站的GPS测速结果及通过对测速信息进行积分后得到的同震位移 (为方便观察, 将N方向和E方向误差分别平移了100mm和-100mm) 。
图2 USUD站GPS测速及同震位移 (N方向和E方向误差平移了100mm和-100mm) Fig.2 GPS velocity variation and coseismic displacement at USUD (100mm and-100mm errors are added in North and East direction)
从图1和图2可以看出, 当地震发生后, 距离震中最近的MIZU站最先感知, 随后地震波传至USUD站, 且距离震中近的MIZU站扰动最大, 说明地震破坏程度与震中距离有直接关系。
