山西CORS坐标时间序列噪声特征分析

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大地测量与地球动力学
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由表 2 可以得出: 1 ) 10 个基准站 在 N、 E 方 向 都 只 包 括 白 噪声 和 闪烁噪声， 并不包含随机漫步噪声; U 方向 不仅 包 括 白噪声和闪烁 噪声， 也 包 括 随 机 漫 步 噪声; 故 选用 WN + FN + RWN 为 山 西 CORS 基 准站的 最 佳 模型 并不是很合理， 最合理的方 案 是 采 用 WN + FN 作 为 N、 E 方向的时间序列的 最 佳 噪声组 合， U 方向采用 WN + FN + RWN 为 最 佳 噪声组 合。 可见， 3 个方向 。 的最佳噪声组合可以不一致 2 ) N、 E、 U 3 个 方 向 所 含 闪烁 噪声 分量 比 白 噪 3 个方向的白 噪声 分量 平 均为 3． 66 mm， 声分量大， 闪烁噪声分量平均为 15． 06 mm; 3 个 坐标 方 向 具有 不同的噪声强度: E 方向的噪声分量 最 小， 白 噪声 和 闪烁噪声分量平均分别为 2． 71 mm 和 10． 56 mm; U 方向 的 噪 声 分 量 最 大， 平 均 分 别 为 5． 00 mm 和 22． 52 mm; N 方向的噪声 分量 平 均 分 别为 3． 27 mm 和 12． 09 mm。 这 与 通 常 认 为 的 U 方 向 坐标 精 度 要 E 方向的结论相一致。 然 而， E 方向比 N 方 低于 N 、 向具有更大的白噪声 和 闪烁 噪声， 其 原 因有 待 进一 步研究。 3 ) 并非所 有 的 基 准站 在 U 方 向 都存 在 随 机 漫 步噪声， 其原因有待进一步研究。
Abstract
1
前言
研究 表 明 GPS 基 准站的坐标 时 间序列 不仅 有
*
1203 收稿日期: 20111987 年生， 作者简介: 张彦芬， 女， 硕士， 主要从事 CORS 数据维护和 GPS 数据处理工作． E － mail: yanfenzh@ 163． com
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大地测量与地球动力学
E、 U 方向的 WRMS 值直方图 山西 CORS 基准站 N、 Histogram of WRMS in N， E， U directions of SXCORS 山西 CORS 部分基准站坐标时间序列的谱指数值
Spectral index of a part of SXCORS sites coordinates time series Pe － 0． 670 － 0． 646 － 0． 644 － 0． 687 － 0． 725 － 0． 693 － 0． 703 3 1 7 2 3 6 1 Pu － 0． 739 － 0． 813 － 0． 625 － 0． 669 － 0． 797 － 0． 802 － 0． 706 2 5 6 8 1 1 2 SITE PINS QINS QINX TIZH WENX YUAP YUQU Pn － 0． 580 － 0． 649 － 0． 605 － 0． 746 － 0． 714 － 0． 724 － 0． 683 5 7 0 0 1 1 2 Pe － 0． 704 － 0． 776 － 0． 693 － 0． 566 － 0． 757 － 0． 644 － 0． 715 3 1 0 8 8 3 6 Pu － 0． 735 － 0． 695 － 0． 739 － 0． 796 － 0． 771 － 0． 698 － 0． 699 7 8 9 1 0 0 7
关键词
山西 CORS; 坐标时间序列; CATS 软件; 最大似然估计法; 噪声特征
中图分类号: P207
文献标识码: A
RESEARCH ON NOISE CHARACTERISTICS OF TIME SERIES OF CORS SITES COORDINATES IN SHANXI REGION
［5 ， 6 ］
通过 计 算 谱指 数 可 以 直 接 认识 GPS 坐标 时 间 序列的噪声特性， 同时， 还可以利用不同噪声模型下 最大似然估计最似然值的比较来研究噪声特 ［5 ， 6 ］ 。山西 CORS 基 准站坐标 时 间序列的 谱指 数 性 如表 1 所示。 SITE 为 CORS 基准站站名， Pn 、 Pe 、 Pu 表 1 中， E、 U 方向的谱 分别为各基准站坐标 时 间序列 在 N、 山西 14 个 CORS 基 准站 各 坐 指数值。由表 1 可见， 标分量的噪声谱指数都为负 值 ( － 1 ～ 0 ) ， 说明这些 基准站各坐标分量不仅有白噪声， 也有有色噪声。
由图 3 和图 4 可以看出: 1 ) 各基准站的 N 方 向 的 平 均 NRMS 值 为 3． 5 mm; E 方向为 3． 3 mm; U 方 向 为 2． 3 mm， 表明基准 站坐标的精度都比较高。 2 ) 各基准站 N、 E、 U 方 向 坐标 重 复 性 的 平 均 值 4． 4 、 10． 0 mm， 分别为 4． 7 、 表 明 坐标的 重 复 性 比 较 好， 基准站稳定性较好， 高程方向的坐标重复性是水 平方向的 2 倍。
图3 Fig． 3
E、 U 方向的 NRMS 值直方图 山西 CORS 基准站 N、 Histogram of NRMS in N，E， U directions of SXCORS
图4 Fig． 4 表1 Tab． 1 SITE ANZE FANS HEJI HOUM JIXI LCHU LICH Pn － 0． 685 － 0． 743 － 0． 580 － 0． 661 － 0． 654 － 0． 665 － 0． 585 3 8 2 6 3 4 1
一般而言， 最大似然估计值越大， 噪声模型越有 。 蒙 特 卡 罗 模 拟 实 验表 明， 95% 的 显著 水 平
下， 当两种噪声模型 的 MLE 之 差 大 于 3． 0 时， 两种 ［7 ］ 。 WN 模型具有 可 区分 性 以 模型下 最 大 似 然 估 WN + 计 最 似 然 值 为 参 考 值， 分 别 将 WN + FN、 RWN、 WN + + FN + RWN、 FN + RWN、 WN + GM 5 种模型的最似然值与之作差， 得到 的结果 如 图 5 ～ 7 所示。
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山西 CORS 网 坐标时间序列的 获 取
05采 用 GAMIT 软 件 对 山 西 CORS 网 200901 —20110215 日的数据进行基线解算( 图 1 ) 。 解算策 略为 Relax， 观测 值 类 型 为 LC _help， 高 度角为 15° ， 采样 率 为 30 s， 每 隔 2 小时 对对 流 层 进 行估计， 并估计 大 气 梯 度等。 此 外， 引 入 10 个 IGS SHAO、 WUHN、 LHAZ、 URUM、 KUNM、 站 点 ( BJFS、 POL2 、 KIT3 、 USUD、 TNML) ， 目的是将 IGS 站 点 坐标 和框架引入 到 基线解 算 的 过 程 中。 对 GAMIT 基线 解算获取的松弛解文件 H 文 件进 行 平 差， 从 约束 平 org CROS 差结果 文件中 获 取 山 西 网 各 站 点 的坐标 时间序列( 图 2 ) ， 各 基 准站坐标分量的 NRMS 值 和 WRMS 值的统计结果如图 3 和图 4 。
山 西 CORS 坐 标 时间序列 噪声 特征分 析
张彦芬
1)
*
毕
刚
1)
陈
华
2)
冯彦同
3)
太原 030002 1 ) 山西省测绘工程院， 2 ) 武汉大学测绘学院， 武汉 430079 3 ) 山东省国土测绘院卫星定位运营中心， 济南 250102
摘
要
对山西 CORS 近 2 年的数据进行处理， 获取了各 基 准站的坐标 时 间序列， 并 利 用 CATS 软件 使 用 最 大 似
然估计法对 CORS 基准站坐标时间序列的噪声的特征进行分析， 结果表明: 1 ) CORS 基准站坐标 时 间序列 不仅 有 白 E、 U 方 向 所 含的 噪声 类 型 并 不 完 全一 致， N、 E 方向 噪声， 也有有色噪声; 2 ) CORS 基准站坐标时间序列在 N、 其 中， U 方向的最佳噪声模型 为 WN + FN + RWN; 3 ) 在 使 用 CORS 基 准站坐标 时 间序列 拟 的最佳噪声模型为 WN + FN， 为获取正确的速度估值， 不仅需要考虑白噪声， 而且需要顾及有色噪声的影响。 合速度值时，
图1 Fig． 1 SXCORS 基准站分布 Distribution of SXCORS sites
图2 Fig． 2
山西 CORS 网部分站点的坐标时间序列( 相对于 ITRF2005 框架)
Coordinates time series of a part of SXCORS sites ( Related to ITRF2005 framework)
第4 期
张彦芬等: 山西 CORS 坐标时间序列噪声特征分析
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山西 CORS 坐标时间序列 噪声 特 征分析
为分析 噪 声 类 型 或 噪 声 组 合， 根据前人对于 GPS 基准站坐标 时 间序列 噪声 类 型 的分 类， 本文 将 噪声模型或它们的组合分 为: 白 噪声 ( WN ) 、 闪烁 噪 声( FN) 、 随机漫步噪声 ( RWN ) 、 一阶高斯马尔可夫 噪声( GM) 。 效
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期的特征。然而， 对于 GPS 基 准站的 噪声 特征 虽 然 已经确定具有除白 噪声 之 外 的 有 色 噪声， 但是对于 不同的 GPS 基 准站坐标 时 间序列 所 包 含的 有 色 噪 声类型却有着不同的结论。 本文以山西 CORS 网连续运行 2 年 所 获 取的坐 对 山 西 CORS 坐标 时 间序 标时间序列为 试 验 数据， 列的噪声特征进行 了 分析， 给 出 具 体 的 噪声 类 型 及 其分量， 并对不同 噪声 类 型 对 速 度估 值 的 影 响 进 行 了估计。