顾及有色噪声背景的IGS站点周期振荡运动显著性检验研究

项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41804007
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    16.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0401.物理大地测量学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

IGS site coordinate time series has the problems of outliers, offsets, data gaps, and temporal correlated noise. Not only the long-term linear drift rate, but also many nonlinear variations including periodic oscillation signal and coseismic jumps is founded. Interpretation and modelling of the physical mechanism of IGS site's nonlinear motions is one of the research focuses in the current GNSS applications. These issues motivate us to discuss the statistical significance of nonlinear periodic oscillating motion of IGS site coordinate time series. The daily coordinate solutions from IGS 2nd data reprocessing campaign are discussed as the study objects. We focus on: (1) data preprocessing, (2) fitting and checking the preferred noise background, (3) significance test of nonlinear periodic oscillation signals under a variety of colored noise background, and (4) periodic oscillation detection applied to real GPS time series, respectively. This study has important theoretical significance and application value for GPS data correction, site seasonal movement mechanism analysis, as well as the fixed reference frame maintenance.
IGS站点坐标时间序列存在异常值、阶跃和数据缺失问题,并伴有时空相关噪声,不仅包含了板块运动为主的长期线性变化,还存在包括了周期振荡信号以及震后跳变位移等在内的非线性变化。IGS站点非线性运动的物理机制研究及其建模是当前GNSS坐标时间序列分析的研究热点,本课题以IGS最新的二次再分析坐标序列产品为研究对象,就站点非线性周期振荡运动是否具有显著性这一问题展开研究,研究内容主要包括:(1)站点坐标时间序列数据预处理,(2)站点坐标时间序列最优噪声模型构建,(3)顾及多种有色噪声背景下的周期振荡信号显著性检验方法研究,(4)站点非线性周期振荡运动显著性检验与分析。研究成果对于GPS观测数据干扰改正、测站季节性运动物理机制研究以及地固参考框架稳定性维护方面具有重要的理论意义与应用价值。

结项摘要

IGS站点GPS坐标时间序列不仅存在板块运动为主的长期线性变化,还包含周期振荡信号以及震后跳变位移等在内的非线性变化。IGS站点非线性运动建模及物理机制研究是目前大地测量的研究热点,本项目以IGS最新的二次再分析坐标序列产品为研究对象,就站点垂向非线性周期振荡运动是否具有显著性这一问题展开研究,其主要研究内容和结论如下:.(1)对坐标时间序列进行预处理,主要包括异常值、阶跃以及震后弛豫的探测与修复。研究结果表明预处理(特别是阶跃)对站点模型参数的估计产生重要影响。因此在对具有缺数的时间序列进行插值时,必须进行阶跃修正。.(2)采用基于BIC准则的极大似然估计(MLE)探测方法,进一步细化了全球IGS站点坐标时间序列的最优噪声特性及其时空分布。研究结果证实了单日解GPS坐标时间序列存在时空相关噪声,但长达27年的观测数据的噪声表现出多样性,其中分数阶差分自回归(ARFI1)噪声占主导,闪烁噪声(FL)和幂律噪声(PL)其次,部分站点存在一定的随机游走噪声(RW),这和以往研究认为全球IGS站点坐标时间序列最优噪声为FL+WH(或PL+WH)的结论不一致。.(3)针对现有软件均以传统AR1噪声为原假设的不足,提出了一种顾及多种有色噪声背景的准周期振荡信号显著性检验方法,该方法对缺数时间序列具有普适性。同时,采用分数阶差分理论,对随机白噪声时间序列进行卷积或快速傅里叶变换,实现了各类随机噪声(尤其是非平稳过程)的快速有效模拟,进一步扩展了现有的PL噪声模拟方法。.(4)在上述基础上,对全球IGS站点垂向非线性周期振荡运动的显著性进行检验,估算和统计了站点季节性运动振幅,研究了站点季节性振荡运动振幅南北半球的空间分布规律。研究结果表明周年振荡运动比半周年更为显著。.上述研究成果对于GPS观测数据干扰改正、测站季节性运动物理机制研究以及地固参考框架稳定性维护方面具有重要的理论意义与应用价值。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Investigation of the noise properties at low frequencies in long GNSS time series
研究长 GNSS 时间序列低频噪声特性
  • DOI:
    10.1007/s00190-019-01244-y
  • 发表时间:
    2019-09-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF GEODESY
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    He, X.;Bos, M. S.;Fernandes, R. M. S.
  • 通讯作者:
    Fernandes, R. M. S.
PANGA坐标时间序列噪声模型特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    全球定位系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    贺小星;孙喜文
  • 通讯作者:
    孙喜文
Detection Test for Periodic Signals Revisited Against Various Stochastic Models
针对各种随机模型重新审视周期性信号的检测测试
  • DOI:
    10.1109/access.2019.2927445
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    IEEE ACCESS
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Chang Xu
  • 通讯作者:
    Chang Xu
Characteristics of seasonal variations and noises of the daily double-difference and PPP solutions
每日双差和PPP解决方案的季节变化和噪声特征
  • DOI:
    10.1515/jag-2020-0042
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Journal of Applied Geodesy
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Kamil Maciuk;Inese Vārna;Chang Xu
  • 通讯作者:
    Chang Xu
GNSS-TS-NRS: An Open-Source MATLAB-Based GNSS Time Series Noise Reduction Software
GNSS-TS-NRS:基于 MATLAB 的开源 GNSS 时间序列降噪软件
  • DOI:
    10.3390/rs12213532
  • 发表时间:
    2020-11-01
  • 期刊:
    REMOTE SENSING
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    He, Xiaoxing;Yu, Kegen;Ming, Feng
  • 通讯作者:
    Ming, Feng
共 6 条
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其他文献

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    许昌
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 作者:
    靳志杰;霍志红;许昌;黄海琴;吴睿
  • 通讯作者:
    吴睿
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  • 发表时间:
    2017
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  • 作者:
    郭苏;许昌;赵振宙;霍志红
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    霍志红
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  • 发表时间:
    2013
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    Applied Mechanics and Materials
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  • 作者:
    魏艳红;许昌;王桂荣
  • 通讯作者:
    王桂荣
基于风力机尾流排斥的平坦地形风电场微观选址优化
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    电力系统自动化
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王洁;许昌;韩星星;辛子扬;薛飞飞;李林敏
  • 通讯作者:
    李林敏
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