GPS技術(shù)與地震監(jiān)測

板塊構(gòu)造概念帶動(dòng)了地學(xué)的一次重大革命，板間構(gòu)造和板塊運(yùn)動(dòng)理論能否成立或被人接受，均需得到全球板塊運(yùn)動(dòng)的最新直接測量結(jié)果的支持。此外，板塊運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)機(jī)制、板內(nèi)和板緣運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性的精細(xì)描述等方面，有待更多測量結(jié)果去完善。

中國大陸東部受西太平洋洋型板塊俯沖、削減的影響，造成了一系列與弧后擴(kuò)張有關(guān)的陸緣海伸展和斷陷盆地；西部和西南受印度板塊與青藏塊體陸殼碰撞后的構(gòu)造效應(yīng)，形成不同地質(zhì)構(gòu)造時(shí)期的推覆構(gòu)造帶?，F(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)則以青藏高原的快速隆起和沿巨型活動(dòng)帶的走滑或逆走滑的強(qiáng)烈變動(dòng)為特征。據(jù)有限的觀測，其水平運(yùn)動(dòng)速率每年高達(dá)l～4cm，垂直運(yùn)動(dòng)速率每年達(dá)1cm。這說明同時(shí)存在當(dāng)代板塊構(gòu)造學(xué)說兩種最具代表性的邊界，即陸-陸殼相碰撞型和洋陸殼俯沖型邊界，既具有主要的全球構(gòu)造意義，又具有獨(dú)特的演化特征。這里的現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)類型多樣，性質(zhì)復(fù)雜，地貌清晰，是全球動(dòng)力學(xué)研究中具有重要特殊地位的實(shí)驗(yàn)場。

因此，不論從地球動(dòng)力學(xué)、板塊運(yùn)動(dòng)還是青藏高原隆起，運(yùn)用高精度、高時(shí)空分辨率、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)定量的觀測技術(shù)，建立符合實(shí)際的地球動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)的全國統(tǒng)一的觀測網(wǎng)絡(luò)，勢在必行。

對(duì)于地震監(jiān)測預(yù)報(bào)而言，這種緊迫性尤為顯著，因?yàn)槲覈卣鹋_(tái)網(wǎng)，尤其是地震前兆網(wǎng)，存在著嚴(yán)重的三個(gè)主要缺陷：

第一，自1988～1999年，我國大陸共發(fā)生6級(jí)以上地震53次，其中7級(jí)以上地震9次，若以東經(jīng)105°為界，西部地區(qū)發(fā)生8次，東部地區(qū)為1次，為8∶1?？墒?，在東經(jīng)105°以西，由于人煙稀少，交通不便，臺(tái)網(wǎng)布局極為稀少。一個(gè)釋放地震能量90%以上的地區(qū)，臺(tái)網(wǎng)過稀，無疑浪費(fèi)了寶貴的地震信息的天然資源，大大延遲了人類的實(shí)踐，從而延緩了提高地震預(yù)報(bào)水平的進(jìn)程。

第二，全國地震前兆臺(tái)網(wǎng)都是以“點(diǎn)測”形式進(jìn)行相對(duì)變化量的日常觀測，各臺(tái)站的觀測數(shù)據(jù)都是相對(duì)獨(dú)立的，臺(tái)站之間數(shù)據(jù)沒有相互關(guān)系。一旦出現(xiàn)異常時(shí)，由于是點(diǎn)結(jié)構(gòu)觀測，沒有面上的聯(lián)系，則難以判斷其真?zhèn)巍?

第三，地震活動(dòng)是區(qū)域性和全球性的，而前兆觀測是獨(dú)立的，不相關(guān)的，則難以研究其與全球地震活動(dòng)的關(guān)系。

對(duì)于能加密西部觀測，具有全球框架意義，又有“面結(jié)構(gòu)”聯(lián)系的高精度的觀測系統(tǒng)，只有運(yùn)用空間測量技術(shù)（甚長基線干涉測量——VLBI、人衛(wèi)測距——SLR、全球定位系統(tǒng)——GPS、衛(wèi)星遙感——RS、合成孔徑雷達(dá)干涉測量——INSAR）。特別是GPS技術(shù)，近10年來，發(fā)展尤快，觀測精度幾乎提高了三個(gè)數(shù)量級(jí)，為監(jiān)測地殼運(yùn)動(dòng)提供了有效的觀測方法。

一、GPS衛(wèi)星定位

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System——GPS）是美國國防部主要為滿足軍事部門對(duì)海上、陸地和空中設(shè)施進(jìn)行高精度導(dǎo)航和定位的要求而建立的。1978年發(fā)射了第一顆試驗(yàn)衛(wèi)星（BlockⅠ），1989年2月開始發(fā)射第一顆工作衛(wèi)星（BlockⅡ），至1994年底全部24顆衛(wèi)星已經(jīng)升空，由于衛(wèi)星壽命約5年，已運(yùn)行的衛(wèi)星有27顆，大部分是后來發(fā)射的。

1.GPS的特點(diǎn)

• 由于GPS衛(wèi)星數(shù)目較多，分布合理，在地球任何地點(diǎn)均可連續(xù)同步觀測到至少4顆衛(wèi)星，在我國最多可同時(shí)觀測到13顆衛(wèi)星（按現(xiàn)運(yùn)行的27顆講）。從而保障了全球、全天候連續(xù)地三維定位。

• 實(shí)時(shí)確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維位置和速度，既可保障運(yùn)動(dòng)載體沿預(yù)定航線的運(yùn)行，也可監(jiān)視和修正航行路線，以及選擇最佳航線。

• 定位精度高。在大于1000km的基線上，相對(duì)定位精度可達(dá)10；100km可達(dá)10。

• 觀測站之間無需通視，又可使觀測時(shí)間縮短。

實(shí)時(shí)定位這一導(dǎo)航技術(shù)是現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，使GPS的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，成為20世紀(jì)最大科技成就之一。

2.GPS定位基本原理

·絕對(duì)定位方法：絕對(duì)定位也稱單點(diǎn)定位，是指相對(duì)于地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)系中的直接確定觀測站的坐標(biāo)。其原理是以GPS衛(wèi)星到用戶接收機(jī)天線之間距離的觀測量為基礎(chǔ)，并根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，來確定用戶接收機(jī)天線所對(duì)應(yīng)點(diǎn)位坐標(biāo)。

由于實(shí)際觀測點(diǎn)至衛(wèi)星間的距離，因測量瞬時(shí)衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘難以保持嚴(yán)格的同步，這種含有鐘差影響的距離，稱為“偽距”。其中衛(wèi)星鐘差可以應(yīng)用導(dǎo)航電文中給出的鐘差參數(shù)加以改正，而接收機(jī)鐘差無法事先知道，故需把它作為一個(gè)未知數(shù)與觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo)在數(shù)據(jù)處理中一并求解，因此一個(gè)觀測點(diǎn)上要實(shí)時(shí)求解4個(gè)未知數(shù)，也就是必須至少同時(shí)觀測4顆衛(wèi)星。

·相對(duì)定位方法是用兩臺(tái)GPS接收機(jī)分別安置在基線的兩端，并同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，以確定基線在地球坐標(biāo)中的相對(duì)位置或基線向量。因?yàn)樵趦蓚€(gè)或多個(gè)觀測點(diǎn)同步觀測相同的衛(wèi)星，可有效地消除或減弱衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差等的影響。我國地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測就是采用這種靜態(tài)相對(duì)定位的方法，其精度可達(dá) 10～10。

二、GPS技術(shù)在監(jiān)測地震與地殼運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用

GPS技術(shù)的應(yīng)用極為廣泛。近年來，GPS在測定地球自轉(zhuǎn)參數(shù)從提高觀測精度轉(zhuǎn)向提高時(shí)間分辨率，它與VLBI或SLR相比，有著不可估量的作用。GPS在地球參考系的建立有著時(shí)空加密和提高分辨率的作用，GPS全球資料得到的全球尺度上相對(duì)于地球參考框架的三維地心坐標(biāo)精度已達(dá)到厘米級(jí)。利用GPS定位研究海平面變化而測定的大地高的精度也可達(dá)到厘米級(jí)的精度。

GPS接收器安置在飛行器（飛機(jī)、飛船、衛(wèi)星等）上可確定三維位置和飛行姿態(tài)。尤其是多種陸?？战煌ㄟ\(yùn)輸工具的GPS自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)和管理調(diào)度系統(tǒng)，低軌通訊衛(wèi)星的發(fā)射，建立的衛(wèi)星全球?qū)Ш健⒍ㄎ?、通信三位一體系統(tǒng)，將整個(gè)世界縮成為一個(gè)嶄新的電子地球村。除了傳統(tǒng)測量與軍事應(yīng)用外，GPS氣象學(xué)、GPS用于海洋資源開發(fā)、熱帶原始森林、捕魚、放牧、旅游、探險(xiǎn)以及各種防災(zāi)減災(zāi)事業(yè)等。

高精度GPS技術(shù)已成為世界主要國家和地區(qū)用來監(jiān)測火山地震、構(gòu)造地震、全球板塊運(yùn)動(dòng)，尤其是板塊邊界地區(qū)的重要手段。

全球有200個(gè)GPS基準(zhǔn)站，計(jì)劃在板塊邊界和全球已知構(gòu)造活動(dòng)區(qū)約25個(gè)區(qū)域加密GPS監(jiān)測網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全球地殼運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)監(jiān)測。此外，連同各國的區(qū)域網(wǎng)，主要研究內(nèi)容：

·研究全球板塊間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；監(jiān)測板塊邊緣及內(nèi)部的構(gòu)造變形；確定不同尺度構(gòu)造塊體運(yùn)動(dòng)方式規(guī)模和運(yùn)動(dòng)速率。

·確定區(qū)域位移場、速率場和應(yīng)變場。 2100433B

介紹了全球定位系統(tǒng)發(fā)展概況、系統(tǒng)組成、導(dǎo)航定位的時(shí)空參照系、GPS衛(wèi)星信號(hào)、GPS定位技術(shù)等；著重闡述了GPS工程應(yīng)用以及開發(fā)GPS設(shè)備時(shí)所需的基本技術(shù)；介紹了電子對(duì)抗領(lǐng)域的GPS干擾與抗干擾技術(shù)，目的是更好地把握GPS在未來戰(zhàn)爭中的應(yīng)用；最后介紹了GPS技術(shù)在一些比較重要的工程項(xiàng)目中的應(yīng)用，主要內(nèi)容有工程應(yīng)用背景，以及工程應(yīng)用方法和技術(shù)。

本書可作為高等院校學(xué)生學(xué)位論文撰寫、工程實(shí)踐的參考用書，也可供從事GPS開發(fā)及工程應(yīng)用等領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員以及科技人員參考。

第1章 緒論

1.1 衛(wèi)星定位技術(shù)

1.2 GPS

1.3 GLONASS

1.4 衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)在軍事上的應(yīng)用

第2章 坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)

2.1 地球坐標(biāo)及其轉(zhuǎn)換

2.2 天球坐標(biāo)系及其轉(zhuǎn)換

2.3 WGS-84坐標(biāo)系和我國常用坐標(biāo)系

2.4 GPS與GLONASS的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

2.5 時(shí)間系統(tǒng)

第3章 GPS衛(wèi)星定位技術(shù)

3.1 GPS衛(wèi)星信號(hào)

3.2 GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文

3.3 GPS接收機(jī)

3.4 GPS定位技術(shù)

3.5 GPS定位誤差

3.6 GPS載體速度測量、姿態(tài)測量以及時(shí)間測量

第4章 GPS開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)

4.1 GPS輸出數(shù)據(jù)的采集與處理技術(shù)

4.2 GPS接收機(jī)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)

4.3 利用GPS接收機(jī)進(jìn)行精確授時(shí)

4.4 GPS OEM板開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)

4.5 利用嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行GPS應(yīng)用開發(fā)

第5章 GPS干擾與抗干擾技術(shù)

5.1 GPS干擾技術(shù)

5.2 實(shí)例分析——對(duì)GPS/INS制導(dǎo)巡航導(dǎo)彈的干擾

5.3 GPS抗干擾技術(shù)

5.4 GPS中P（Y）碼直接捕獲技術(shù)

5.5 空時(shí)自適應(yīng)抗干擾技術(shù)

第6章 GPS工程應(yīng)用

6.1 GPS多目標(biāo)測量系統(tǒng)

6.2 GPS授時(shí)在試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄取中的應(yīng)用

6.3 GPS精度鑒定系統(tǒng)及其在機(jī)載雷達(dá)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中的應(yīng)用

6.4 “北斗”/GPS組合定位在道路勘測自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

參考文獻(xiàn)2100433B

山西省地震監(jiān)測設(shè)施保護(hù)規(guī)定

第一條為保護(hù)地震監(jiān)測設(shè)施，保證地震預(yù)報(bào)工作順利進(jìn)行，保障人民生命、財(cái)產(chǎn)安全，根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，結(jié)合本省實(shí)際，制定本規(guī)定。

第二條本規(guī)定所稱地震監(jiān)測設(shè)施，包括地震臺(tái)站、遙測臺(tái)網(wǎng)、觀測井（泉）、測量標(biāo)志及地震監(jiān)測專用通訊、供電，供水等與地震監(jiān)測有關(guān)的設(shè)施。

第三條省地震局主管全省地震監(jiān)測設(shè)施保護(hù)工作。

地震監(jiān)測設(shè)施的保護(hù)工作，由當(dāng)?shù)氐卣鹬鞴懿块T或省直屬地震臺(tái)站主管。

各級(jí)公安機(jī)關(guān)和其他有關(guān)部門應(yīng)配合地震主管部門做好地震監(jiān)測設(shè)施的保護(hù)工作。

第四條地震監(jiān)測設(shè)施管理單位應(yīng)在監(jiān)測設(shè)施保護(hù)范圍周邊設(shè)立標(biāo)志牌，標(biāo)明保護(hù)范圍，并將地下電纜所在位置書面通知有關(guān)單位。

地震監(jiān)測設(shè)施的具體保護(hù)范圍按國家有關(guān)規(guī)定確定。國家尚無具體規(guī)定的，由地震主管部門提出臨時(shí)保護(hù)范圍方案，報(bào)當(dāng)?shù)乜h級(jí)人民政府批準(zhǔn)。

第五條新建地震監(jiān)測設(shè)施，應(yīng)按地震觀測規(guī)范的要求選址，避開干擾源。涉及城市規(guī)劃、村莊集鎮(zhèn)規(guī)劃和水資源保護(hù)、利用的，應(yīng)征得當(dāng)?shù)爻墙?、水資源等主管部門同意。城建主管部門應(yīng)將新建、改建、擴(kuò)建地震監(jiān)測工程項(xiàng)目和觀測環(huán)境保護(hù)范圍納入城鄉(xiāng)建設(shè)總體規(guī)劃。

第六條禁止下列危及地震監(jiān)測設(shè)施安全或損害其工作效能的行為：

（一）在臺(tái)站保護(hù)范圍內(nèi)堆放金屬物、笨重物、傾倒垃圾或從事爆破、采石、土石作業(yè)及其他振動(dòng)性作業(yè)；

（二）污染觀測井（泉）或直接改變觀測井（泉）出水狀態(tài)；

（三）在自流觀測井（泉）保護(hù)范圍內(nèi)鉆井取水或啟用原有井（泉）超量取水；

（四）在觀測山洞洞口保護(hù)范圍內(nèi)燒荒或砍伐林木；

（五）在地電觀測環(huán)境保護(hù)范圍內(nèi)埋設(shè)金屬管線，切斷、損壞線路或設(shè)置變電設(shè)施；

（六）在電磁波接收天線保護(hù)范圍內(nèi)新設(shè)電磁輻射裝置和在高頻發(fā)射天線保護(hù)范圍內(nèi)種植影響高頻發(fā)射的樹木或堆放金屬物；

（七）設(shè)置與遙測同頻的無線發(fā)射設(shè)施或損害遙測無線傳輸效能；

（八）在地磁觀測墩到測量標(biāo)志之間，或在地震監(jiān)測專用通訊線路、供電設(shè)施范圍內(nèi)，設(shè)置鐵磁性物體；建房或設(shè)置其他障礙物；

（九）在地下電纜線路保護(hù)范圍內(nèi)挖掘土石或擅自在專用供電線路上連接電器設(shè)備或線路。

第七條在地震監(jiān)測設(shè)施和觀測環(huán)境保護(hù)范圍內(nèi)建設(shè)（新建、改建、擴(kuò)建）影響地震監(jiān)測的工程，必須事先征得地震監(jiān)測主管單位同意，并按國家有關(guān)規(guī)定商定補(bǔ)救措施；監(jiān)測設(shè)施需要遷址新建的，工程建設(shè)單位應(yīng)按規(guī)定承擔(dān)建設(shè)和搬遷的費(fèi)用并在新設(shè)施開展監(jiān)測工作一年后，舊的監(jiān)測設(shè)施方能撤銷。

第八條因特殊情況，需在地震監(jiān)測設(shè)施和地震觀測環(huán)境保護(hù)范圍內(nèi)燒荒、臨時(shí)堆放物品，或從事爆破、采石及其他振動(dòng)性作業(yè)，必須經(jīng)監(jiān)測設(shè)施管理單位同意，并應(yīng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

第九條違反本規(guī)定第六條、第七條、第八條規(guī)定者，地震監(jiān)測設(shè)施主管單位可視具體情節(jié)，責(zé)令其停止侵害、恢復(fù)原狀、賠償損失。

第十條破壞、強(qiáng)占、盜竊地震監(jiān)測設(shè)施，擾亂地震臺(tái)站、遙測臺(tái)網(wǎng)工作秩序，應(yīng)當(dāng)給予治安管理處罰的，由公安機(jī)關(guān)依據(jù)《中華人民共和國治安管理處罰條例》的規(guī)定處罰；構(gòu)成犯罪的，依法追究刑事責(zé)任。

第十一條本規(guī)定由山西省地震局負(fù)責(zé)解釋。

第十二條本規(guī)定自發(fā)布之日起施行。