一种GPS时间序列广义共模误差提取方法

摘要

本发明公开了一种GPS时间序列广义共模误差提取方法，本发明对共模误差的空间响应进行了分析，建立了大区域GPS网共模误差的提取机制，引入了相关系数ρ、距离及经纬度、本地效应、负荷效应、主分量贡献率及其空间响应等地理因素作为评价因子，通过聚类分析为大区域、大尺度下GPS网站点间共模误差，提供了可行的估计方法，获得更好的滤波效果。同时本发明考虑了传统GPS时间序列模型的局限性，减弱了时间序列周、半年年项拟合过程中引入的模型误差，且顾及了共模误差的周期性，即对残差序列进行共模误差剔除之前，保留了原始坐标序列的周年、半年项，有助于真实反映共模误差的空间变化及周期性变化，为进一步提高GPS坐标序列模型的精度提供依据。

主权项

一种GPS时间序列广义共模误差提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：针对GPS观测值及相关文件，采用多种解算算法进行解算，分别获取GPS测站单日松弛解，通过公共基站进行不同解加权进行联合解算，获得GPS测站坐标时间序及速度参数；所述相关文件包括星历文件和表文件；步骤2：对获取的GPS测站坐标时间序列进行滤波处理，包括粗差探测、阶跃探测、粗差修复、阶跃修复；并对获取的测站坐标时间序列建立以下残差时间序列模型：$y{\left(t\right)}_{E/N/U}=a+bt+c\sin \left(2\pi t\right)+d\cos \left(2\pi t\right)+e\sin \left(4\pi t\right)+f\cos \left(4\pi t\right)+\underset{j=1}{\overset{n_g}{\Sigma }}{g}_{j}H\left(t-T_{gj}\right)+v_i;$其中：y(t)为时刻t对应的GPS测站坐标观测值，包含E、N、U三个坐标分量；t_i(i＝1…,n)为GPS站点单日历元，以年为单位；a为GPS测站位置，为序列的平均值；b为线性速度，即趋势项；系数c、d、e、f为年周期和半年周期项的系数，c、d、e、f为待估计参数，经拟合获得；为跳变改正项，表示跳变振幅，g表示发生在历元T_g处的由于各种原因引起的阶跃式偏移量，表示跳变个数，j为跳变编号，这里假定发生偏移的时刻T_g已知，H为海维西特阶梯函数，在跳变前H值为0，跳变后H值为1，v_i为时刻t的观测值残差；步骤3：对获取的GPS测站坐标时间序列继续进行滤波处理，包括趋势项扣除和构造运动产生的跳跃项扣除；所述构造运动产生的跳跃项进行扣除，只包含周年、半年项，从而得到较高精度的坐标时间序列；步骤4：计算GPS测站坐标时间序列E、N、U三坐标分量的各测站之间互相关系数及其加权均方根；所述相关系数包括互相关系数和自相关系数；对步骤3中GPS测站坐标时间序列进行时间序列分析，得到各GPS测站站点的加权均方根；将加权均方根最大的点或者其值超过GPS网中所有点的加权均方根的中误差的2倍限差的点，认为是包含强烈的本地效应即噪声在进行滤波处理之前进行去除，防止将本地效应混叠到共模误差中，去除的这类点称之为本地效应点；步骤5：站点空间分布图形绘制；通过采用地学绘图软件GMT根据站点的经纬度、站点信息计算站点之间的距离，并在图形中以中心圆方式进行站点图绘制；绘制得到的站点空间分布图，作为共模误差区域划分的评价因子之一；步骤6：计算地表负荷对GPS测站位移影响；采用mload程序分别计算大气压、非潮汐海洋、积雪和土壤水负荷引起的台站位移，通过负载改正，提高坐标序列的精度，消除部分非构造信号；同时通过分析地表负载的空间响应，为空间滤波的区域划分提供评价因子作为依据；步骤7：将步骤4～6中得到的各站点的时空相关系数、本地效应点、经纬度、距离、地表负荷效应，作为评价因子，通过聚类分析，初步对GPS网进行子区域划分；步骤8：采用主成分分析法对GPS测站坐标时间序列进行共模误差分离，提取共模误差。