RTKLIB在高采样率GNSS地震监测中的应用研究

摘 要：介绍了高采样率GNSS地震监测研究进展，利用RTKLIB软件对2010年4月14日墨西哥Baja California地震时的高采样率GPS观测数据进行了非差精密单点定位解算，得到了一些有益的结论和建议。

基金项目：陕西省教育厅科学研究项目：高采样率GPS动态精密定位技术在地震监测中的应用研究（2010JK671）

1、引言

GNSS定位技术是地球动力学研究的重要技术手段，高采样率GNSS精密定位技术能获得测站的三维地表形变，为地质构造分析、地震机理研究、地震反演提供了新的数据源，日益发展成为一门新兴学科――GNSS地震学。目前，国内外众多学者用Bernese、GIPSY、GPSTOOLS等软件对震时实测GPS数据进行了解算研究，取得了丰硕的研究成果[1-3]，欧美等发达国家已建立了高采样率GNSS连续运行参考站系统（CORS）和实时GNSS地震监测预警系统，我国地震监测网络及各省市的CORS也已完成了GNSS升级，国际GNSS服务组织（IGS）下属的一些卫星定轨中心，如CODE、BKG、我国武汉大学等已可提供多种GNSS（包括GPS、GLONASS、Galileo、Beidou、QZSS、SBAS）的精密星历，GNSS地震学研究日益成为国内外研究的热点。本文采用RTKLIB软件对2010年4月14日墨西哥Baja California地震时的高采样率GPS数据进行处理，成功获得了测站形变和地震波信号。

2 RTKLIB软件简介

RTKLIB是由日本东京海洋大学的高须知二（Tomoji Takasu）开发的开源GNSS数据处理软件包。该软件支持精密星历和多种GNSS卫星（包括GPS、GLONASS、Galileo、Beidou、QZSS、SBAS），支持动态+静态模式和单差+双差模式，支持多种GNSS数据标准及通信协议，具有丰富的数据处理函数库和强大的GNSS精密定位定轨功能，具有易学易用的图形化用户界面和数据成果展示方式。目前，全球已有几万个用户下载学习RTKLIB或移植RTKLIB的C程序代码开发各种GNSS应用软件。

3 RTKLIB数据处理

GNSS数据处理可以采用双差模式，也可以采用非差精密单点定位（PPP）模式。PPP模式能实现单台接收机快速定位，非常适于构建GNSS地震监测预警系统。PPP数据处理流程为：首先获取GNSS观测数据和卫星精密星历（及精密卫星钟差改正）；其次进行数据预处理，具体包括粗差探测与剔除、系统误差改正、观测方程建立等；最后进行参数解算，可解算接收机的位置/速度/钟差、对流层延迟、相位模糊度⑹等。使用传统的无电离层影响的线性组合（iono-free linear combination， LC）观测值，PPP数据处理模型可写为：

式中，为参数向量，包括接收机位置、接收机速度、接收机钟差、对流层天顶延迟、相位模糊度及其它相位偏差；为观测值向量，包括无电离层影响的线性组合载波相位观测值和无电离层影响的线性组合精码伪距观测值。

RTKLIB采用扩展卡尔曼滤波EKF算法进行PPP参数解算。

4、GNSS地震监测数据处理

UTC时间2010年4月4日22时40分，墨西哥Baja California地区发生了里氏7.2级地震。附近的美国加州实时网（CRTN）和美国板块边界（PBO）网的GNSS观测站均可监测到此次强震，GPS观测站P473、P494、P496、P744可提供5Hz采样的GPS数据，为GNSS地震学研究提供了数据条件[2.3]。

本文使用CODE的GPS精密星历文件和5秒间隔的GPS卫星钟差改正文件，基于传统PPP模式，用RTKLIB对其附近的高采样率GPS观测站进行了数据处理，其中P494的测站坐标序列如图1所示

由图1可见，利用RTKLIB软件对震时高采样GPS数据进行PPP解算，不仅能够获得测站地表形变和地震波信号，更可以获得地表的永久形变位移。这些信息无疑为震源分析、地层破裂分析、地震波传播分析提供重要资料。

5、结论和建议

本文利用RTKLIB软件，基于PPP解算模式，成功获得了墨西哥Baja California地震时的高采样率GPS测站的地表位移。RTKLIB软件功能强大、易学易用、支持多种GNSS卫星系统（包括GPS、GLONASS、Galileo、Beidou、QZSS、SBAS）。RTKLIB软件必将日益成为GNSS地震研究的重要工具之一。

参考文献

[1]程羲.高采样率GPS动态精密定位数据处理及其应用研究[D].西安科技大学，硕士毕业论文，2013.

[2]方荣新，施闯，陈克杰，等. GPS地震仪：PANDA软件测试结果与验证[J].武汉大学学报-信息科学版.2011，Vol.35（4）：453-456.

[3]吴继忠. 基于GPS观测的BajaCalifornia地震地壳变形分析[J]. 武汉大学学报-信息科学版.2011，Vol.36（4）：437-441.