四川GPS观测网络宁南基准站噪声特征分析

顾 铁，陈 聪，刘 江

(四川省地震局，四川 成都 610041)

四川GPS观测网络宁南基准站噪声特征分析

顾 铁，陈 聪，刘 江

(四川省地震局，四川 成都 610041)

在地球动力学和地震预测预报研究领域中，在处理GPS数据时，发现测站周围环境干扰是影响GPS定位精度的主要环境因素之一，会对GPS接收机的定位结果造成影响。本文根据四川省GPS观测网络地震监测网的连续性等特点，通过对观测网中2014～2015年参考站的数据进行处理，发现宁南基准站数据处理结果在某一时段存在突跳现象，通过对数据处理结果的进一步分析研究发现，测站附近广播信号塔的信号发射对GPS信号接收存在干扰。

误差 ；GPS定位精度 ；干扰；噪声特征

GPS观测结果在地壳运动研究中已经得到广泛的应用。在这些应用中通常用位移(或速率)误差来判别结果和据此得到的推论的可信度。而这种误差一般是指建立在最小二乘原则上的内符合精度。对GPS观测中的偶然误差可以正确判断，但现实中，对于非偶然误差的判别就不具备可信度了。本文中通过对四川GPS观测网络连续运行参考站数据的解算，发现个别站时间序列的噪声特征，在应用GPS结果时需要对其误差的估计引起足够重视。

四川省地震局GPS观测网络共由68个连续运行参考站(CORS)组成(其中34个站点的数据可实时传输至数据中心)(图1)，网内所有测站均使用GAMIT/GLOBK软件进行统一处理和平差(时间延迟：3 d)，所获取的最终数据产品包括：基线时间序列(精度：1×10-8～10-9)、坐标时间序列(精度：水平3～5 mm，垂直10～15 mm)、速度场(精度：1 mm/yr)、GPS/TEC信息(0.01～0.40TECU/四川区域)等。目前，四川省内的所有GPS测站均已实现连续、自动数据解算，数据解算成果应用于地震会商会。

图1 四川GPS观测网络站点分布

1 分析

2014年4月，GPS中心在对数据处理结果进行分析时发现四川宁南站坐标时间序列呈现较为明显的抖动，见图2中方框所示，2014年3月和2015年3月宁南台站数据处理结果中都出现了较大抖动。通过对该测站建站资料分析，台站环境实地踏勘，发现该测站架设于基岩之上，可以排除测站墩台受土壤松动的影响。根据GPS定位原理，影响定位精度的主要因素来源于信号传播过程、相应的时间定位精度和接收机误差，因此对定位误差的贡献因子主要包括SA误差、大气层干扰、对流层延迟改正后残差、星历误差及多路径效应误差。概括起来定位的主要误差来源可分为3类，即卫星误差、信号传播误差和接收误差。

(1)卫星误差主要包括星历误差和星钟授时误差；(2)信号传播误差主要包括电离层和对流层延时改正误差、多路径误差、相对论效应误差和地球自转效应误差；(3)接收误差与GPS接收机有关，主要包括观测噪声误差、内时延误差和无线相位中心误差。

在上述误差因素中，GPS卫星的星历误差、卫星钟误差、GPS接收机钟差以及大气折射造成的误差等都有一定的规律可循，可采取一定的措施将误差影响降至最低。如利用差分GPS技术可将卫星钟误差和星历误差消除，并将电离层延迟和对流层延迟误差部分消除.

因为本站设备为Trimble NETR8+Choke Ring天线，与“四川GPS观测网络”其他测站使用设备相同，根据其他测站坐标序列的稳定性和数据处理质量，基本可以排除观测设备自身的误差影响。因此需要考察GPS台站数据处理结果会不会受到周边观测环境的影响。通过到台站现场勘查其周边环境(图3)，图3中圆圈内为GPS台站位置。

图2 四川宁南GPS台站2014～2015坐标时间序列变化

约在GPS台站的南侧20米处有电视转播塔、移动信号塔，考虑到这些信号塔对GPS信号应该会有明显的影响，基于此，使用GAMIT软件相关命令，绘制了该站的残差信号天空视图(图4)，以2014年001天、002天、004天和005天的天空残差视图为例。由图4可见，影响残差大小的因素主要为多路径效应+水汽+天线相位中心误差，连续两天具有重复性的残差部分为多路径引起的残差分量。图中长方形圈注的区域呈现周期性，可理解为多路径产生的影响。同时，需要说明的是，用长方形圈注起来的的区域恰好也在测站的东南侧附近，与电视转播塔、移动信号塔等所在的区位基本一致。由此可判断出，宁南基准站附近存在的信号发射塔对该测站GPS信号接收存在一定的干扰，引起数据处理结果出现突跳。

为进一步说明上述明显的天空残差与该站坐标序列的不稳定是否有明显关系，专门绘制了残差噪声/时间序列曲线图(图5)，图中可见，扰动较为明显的区域对应的线条跳跃偏离值也较多，说明，周围观测环境对该站坐标序列的影响较为明显。

图5 宁南GPS台站残差噪声/时间

3 结论

通过对宁南测站周边环境的勘查和测站观测数据解算分析，可以发现2014年3月和2015年3月该站都出现了数据突跳现象，该现象与台站附近建有信号通信塔有关，当信号塔发射信号时，对GPS信号接收产生一定影响。未来，随着科学技术的发展和GPS台站的建设，GPS接收机会不断得到改进，观测数据的质量也会明显提高，增加区域GPS台站密度，利用GPS研究地壳运动，探索地球动力学现象在全世界得到迅猛发展，对它的定位精度要求也越来越高，而GPS信号受环境干扰等因素的影响，制约着其定位精度的提高。随着人们研究的深入，提出了更多的解决办法，努力将这些干扰对定位精度的影响降至更低。

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Noise character of Ningnan Standard Station in Sichuan GPS Observation Network

Gu Tie, Chen Chong, Liu Jiang

(Earthquake Administration of Sichuan Province, Sichuan Chengdu 610041, China)

The environmental disturbance is one of factors affecting the accuracy of GPS positioning. Based on the operation condition of Sichuan GPS Observatory Network and the data continuity we process the data of Ningnan Standard Station and find that a sudden step or jump changes are concluded in a fixed time in a series of data. We find that the interference appeared in the observatory data comes from the signal transmitted from the radio station nearby.

error; GPS positioning accuracy; interference; noise characteristic

2015-08-07；

2015-09-22

顾铁(1980-)，女,陕西省汉中市人，工程师.

P227

A

1001-8115(2015)04-0016-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.04.004