借助曲线曲面论的基本方法, 提出了三轴椭球曲面上任意点不同经纬度(归化经纬度、几何经纬度和大地经纬度)的概念, 建立了椭球面内外空间任意一点的笛卡尔坐标(空间直角坐标)与大地坐标(大地经纬度和大地高), 以及笛卡尔坐标与几何坐标(几何经纬度和几何高)之间的理论关系模型。根据不同经纬度之间的理论关系, 给出了研究点对应的大地坐标近似值。以此近似值为基础, 采用牛顿迭代方法, 给出了坐标逆变换的一个新方法。大量数值计算表明, 对于空间任意点, 利用新方法可以基本瞬时完成由笛卡尔坐标到大地坐标的计算, 即使是地面附近的点也只需迭代3次即可完成。

基于低轨(LEO)卫星定轨和星间单差模糊度固定方法, 分别使用未校准相位延迟(uncalibrated phase delay, UPD)和绝对信号偏差(observable-specific signal bias, OSB)产品, 实现了GRACE-C/D、SWARM-A/B/C、SENTINEL-3A/3B/6A八颗LEO卫星的精密定轨, 并评估这2种产品对定轨精度的影响。结果显示, 2种产品均实现了近100%的宽巷模糊度固定率; 除GRACE卫星窄巷固定率约为85%外, 其余卫星窄巷固定率均接近95%。模糊度固定显著提升了定轨精度, 使用UPD和OSB产品获得的固定解三维精度相当, GRACE-FO、SWARM和SENTINEL系列卫星分别达到1.5 cm、1.7 cm和0.9 cm, 较浮点解提升最高达50%。此外, 对SENTINEL-6A卫星的多系统分析显示, GPS/Galileo组合定轨固定解精度为0.9 cm, 较单GPS和单Galileo系统分别提升约10%和18%。研究证实, 模糊度固定能有效提高LEO卫星定轨精度, 为未来大规模LEO星座定轨研究提供参考。

为系统评估新一代VLBI全球观测系统(VGOS)在UT1-UTC解算中的精度表现, 基于2024年VGOS-INT-A与传统S/X频段IVS-INT-1的同步观测数据, 采用相同处理策略进行解算, 并以国际IERS C04序列为参考进行精度评定。结果表明, 在相同测站数与几何构型下, VGOS-INT-A的单次观测量(约65个)显著多于IVS-INT-1(约30个), 二者时延拟合残差加权均方根(WRMS)相当。在UT1-UTC解算精度方面, VGOS-INT-A相较于IVS-INT-1具有明显优势, 其与C04序列偏差的RMS为±0.046 ms, 优于后者的±0.060 ms; 其平均形式误差为14.26 μs, 后者为30.38 μs。此外, 对国内VGOS测站数据的初步分析表明, 其解算结果平均形式误差为22.11 μs, 精度良好, 稳定性较高, 但在外符合精度方面与国际水平尚存差距。本研究为VGOS技术在实际应用中的精度效能提供了定量依据, 并指出其在高频地球定向参数监测中的潜力。

利用2022-01-2025-04连续1 216 d的ESA精密钟差产品, 结合钟差拟合参数、频率稳定度与频谱分析, 对星载原子钟开展长时序分析。结果表明, 在此期间E14发生3次相位跳变和2次频率跳变, 次数高于正常圆轨道卫星。2024-04频率跳变后, 其频漂和拟合精度下降, 残差峰值超10 ns, 并出现约0.63 h异常周期, 振幅不断增大且无显著次级周期, 同时频率稳定度下降, 在100 s附近表现出振荡; 2025-03再次频率跳变后, 残差和稳定度明显改善, 100 s、1 000 s、10 000 s的稳定度分别提升至2.50×10^-13、6.52×10^-14和9.70×10^-14, 但无显著主导周期, 频漂存在系统性偏差, 且频率稳定度在4 000 s附近呈"凹陷"特征。相比之下, 同一轨道面的E18卫星钟在轨运行稳定, 拟合残差稳定在±0.2 ns, 无显著的高频周期项, 稳定度与正常圆轨道相近, 未出现异常现象。

伪距单点定位方法的同步精度低, 无法满足低轨卫星高精度的时间同步需求, 而星间链路时间同步方法因载荷复杂、设备成本高及易受空间环境干扰等因素, 难以应用于大规模低轨星座。本文提出一种基于精密单点定位(PPP)的低轨卫星星间时间同步方法, 具有成本低、易实现、无需依赖外部时间参考等优势, 可实现低轨卫星之间的高精度自主时间同步。研究利用GRACE-FO卫星星载GPS观测数据, 设计开展基于PPP的低轨卫星星间时间同步方法验证。实验结果表明, GRACE-FO卫星轨道各方向定轨精度RMS约7 cm, 2颗卫星GNSS授时精度STD分别为0.78 ns和0.77 ns, 短期稳定度(1 280 s)达到2.22×10^-13和2.13×10^-13, 长期稳定度(10 240 s)达到2.69×10^-14和3.21×10^-14。同时, 星间时间同步精度STD为0.46 ns, 短期稳定度(1 280 s)达到2.24×10^-13, 长期稳定度(10 240 s)达到3.47×10^-14。上述结果验证了星载GNSS PPP星间时间同步方法的可行性, 可为低轨卫星星间高精度时间同步提供一种有效手段。

针对气象参数缺失情况下实时/近实时GNSS PWV反演受限的问题, 基于XGBoost模型分别建立广西区域3种无需实测气象参数的PWV估算模型。首先建立输入为站点时间(DOY和HOD)、位置(Longitude、Latitude和Height)和GNSS ZTD, 输出特征为GNSS PWV的XGBZ-PWV模型, 然后在XGBZ-PWV模型的基础上分别加入2种经验PWV, 建立XGBZG-PWV模型和XGBZE-PWV模型。同时, 基于GNSS ZTD, 利用GPT3模型提供的气压与温度反演PWV(GPT3-PWV模型), 对所建PWV模型进行对比, 并以2022年广西区域基于GNSS ZTD、ERA5地表气压和温度反演的GNSS PWV作为参考值对所建立的模型进行精度验证。结果表明, 相比于GPT3-PWV模型, XGBZ-PWV、XGBZG-PWV和XGBZE-PWV模型的估算精度分别提升22.98%、29.03%和31.45%, 其中, XGBZE-PWV模型最优。在2022年2次极端降雨过程中, 对PWV与降雨的时空演变特征进行分析, 结果表明, XGBZE-PWV模型在极端天气条件下依然具有较好的适用性。

远场地震触发机制是地震预测研究的重要前沿方向。为探究日本强震活动与中国东北地区中强地震的时空关联, 本文构建了一种数据驱动的预测模型。基于1980-2024年USGS地震目录, 以日本M≥6.0地震为潜在触发源, 预测未来60 d内中国东北地区发生M≥4地震的概率。构建一个涵盖地震统计、空间分布、能量释放及余震序列等32维特征的日分辨率时间序列数据集, 系统对比长短期记忆神经网络(LSTM)、注意力机制增强LSTM(Attention-LSTM)、Transformer等深度学习模型与逻辑回归(logistic regression, LR)、随机森林(random forest, RF)等传统机器学习方法。结果显示, Attention-LSTM模型表现最优, F1分数达0.915, AUC值为0.661, 在地震预测专用的Molchan误差图分析中亦展现显著优势。该模型不仅可实现二元分类预测, 还可生成1°×1°网格分辨率的空间概率分布图。研究验证了深度学习在揭示跨区域地震远场触发机制中的潜力, 可为中短期区域地震危险性评估提供新思路。

采用深度学习方法构建一个高精度地震数据集, 基于双差层析成像方法反演得到区域三维速度模型。研究表明, 地表速度结构与地质构造之间存在联系, 即山脉区多呈现P波高速异常, 而坳陷区多呈P波低速异常。这种特征可能源于, 褶皱区地表多为基岩, 波速相对高, 而坳陷区地表多为第四系土层, 波速相对低。地震震中密集分布在高速和低速异常的过渡区域。高速和低速过渡区域应力梯度变化显著, 更易发生破裂而导致地震活动性强。鲁西隆起区存在一些近垂直的高速和低速块体, 部分震中也呈高倾角分布, 推测为高倾角断层。这可能源于, 在太平洋板块俯冲和郯庐断裂带运动影响下, 鲁西隆起经历多个挤压和伸展的构造作用过程, 形成多个隆起和坳陷的周期, 期间岩石褶皱不断挤压和伸展, 褶皱的倾角逐渐升高, 形成近垂直的速度块体和高倾角断层。通过P波与S波速度联合讨论, 推测尼山和鲁山东北区域均存在地幔玄武质岩浆的侵入, 尼山地区以侵入岩为主, 而鲁山东北区域则存在地幔玄武岩浆突破地表, 形成古火山与喷出岩。

在弹性地球下，单条走滑断层产生的地表重力变化已有清晰的解析解，但多条断裂带及其几何参数与地表重力变化图像之间的定量关系目前尚不明确。本文基于弹性半无限空间中的位错理论，通过模拟计算，系统研究走滑型平行组合位错源的几何参数与地表重力变化图像特征之间的定量关系。通过控制变量法，分别分析断层长度(L)、宽度(W)、走滑宽度(K)、断层条数(N)、倾角(δ)及顶深(dep)等参数对重力异常四象限分布形态与幅值的影响。结果表明：1)断层长度L与沿断层走向(X方向)的重力极值点间距呈线性正相关；2)断层宽度W增加会提高重力异常幅值，但增长趋势呈递减的特征，且不改变四象限结构；3)走滑宽度K与Y方向的重力极值点间距呈线性正相关，而与重力异常幅值呈负相关；4)走滑断层个数N增加使重力变化幅值线性增长；5)倾角δ变化影响重力变化图像的对称性；6)顶深dep增加导致Y方向极值点间距显著增大；7)断层中心位置(s_x，s_y)与重力变化图像的四象限对称中心一致，X方向一对极值点连线方向与断层走向α一致。综上，可根据观测的重力变化图像确定多位错源的主要几何参数。

基于内蒙古自治区5个台站的VP型宽频带垂直摆倾斜仪观测数据, 采用波传播理论模型与深度学习预测框架相结合的方法, 初步揭示了山洞覆盖层厚度对观测信号的多频段定量影响机制。结果显示, 覆盖层厚度与背景噪声(尤其是南北向)呈显著负相关, 但对低频信号影响较弱; 其对M₂潮汐波振幅具有方向性调控作用, 南北分量振幅随厚度增加呈线性递增, 而东西分量在20 m处呈现独特的共振放大效应(峰值较10 m处提升约3.6倍); 当厚度大于等于20 m时, 可有效抑制季节性数据波动, 使变化幅度显著减小且峰值滞后1~2个季节, 同时显著降低气压导纳系数。结合随机森林模型验证发现, 山洞覆盖层最佳厚度区间为18~22 m(20 m为最优值), 岩性影响为次要因素, 覆盖层厚度及其与山体岩性介质密度的交互作用构成主导控制参量。本研究选定20 m覆盖层厚度作为工程阈值, 为有效抑制背景噪声、保障潮汐信号保真度及抵御季节性干扰提供了重要设计依据, 逐步推动台站山洞观测建设由经验模式向量化、工程化方向发展。

针对时序分解模型难以准确区分诱发因子对不同位移分量的作用, 以及在气象数据存在不确定性下预测精度不足的问题, 提出一种基于优化时序分解与特征选择的滑坡位移预测网络模型。首先, 利用奇异谱分析(SSA)与遗传算法优化的变分模态分解(GA-VMD)方法对滑坡位移在诱发因子驱动下进行分解; 随后, 构建融合诱发因子的改进西原模型预测趋势项位移, 采用结合卷积神经网络与压缩和激励网络的门控循环单元(CNN-SE-GRU)组合网络建模预测周期项位移, 通过频域分析重构随机项位移; 最后, 结合核密度估计(KDE)和蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟方法, 构建位移预测结果的概率区间。以甘肃省黑方台滑坡为例, 预测模型的RMSE和MAPE分别为1.52 mm和0.38%, 预测精度较传统的预测模型显著提升, 为滑坡预警提供了更可靠的技术支撑。

针对星载GNSS-R技术在大尺度洪水淹没范围图中引入插值导致准确性降低和单一水体误判的问题, 本文提出一种基于历史同期观测插值(POBI)反射率变化率的动态监测方法。利用2019-2023年雨季CYGNSS反射率数据与中国1 km分辨率月降雨量产品, 构建POBI空间插值模型, 并结合双基雷达公式反演地表反射率, 系统分析桂林市2024-06极端降雨事件中的洪水演进过程。结果表明, 在未采样区域的反射率插值中, RMSE较自然邻近法平均降低20.98%;基于变化率的淹没识别机制有效规避了传统阈值法的主观性, 监测结果显示, 市中心城区在06-19的淹没面积较06-12扩大48.68%, 空间演变与SMAP土壤湿度变化高度一致。该研究为星载GNSS-R在高动态、低覆盖率区域的洪水精细化监测提供了可靠的方法支撑。

采用融合GNSS干涉反射测量(GNSS-IR)与GNSS定位的新型监测方案, 以香港7个岸基站10 a以上观测数据为例, 开展近海岸绝对海平面变化监测研究。结果显示, 剔除精度较低的HKSL和KYC1站点后, 在其余站点每月平均相对海平面监测中, GNSS-IR结果与验潮站数据一致性良好, 多数站点RMSE小于6 cm, 相关系数大于0.86, 海平面上升趋势与验潮站差异小于1 mm/a(区域平均仅0.036 mm/a); 在绝对海平面监测中, 引入动态大气校正(dynamic atmospheric correction, DAC)后, 岸基GNSS与卫星测高相应点区域平均速率差异由-3.40 mm/a缩小至-0.76 mm/a, 趋势高度一致; 与香港验潮站50 a长时序绝对海平面数据对比, 偏差多数小于1 mm/a, 且各站均处于区域绝对海平面监测的合理误差范围内。研究表明, GNSS-IR与GNSS定位融合可有效弥补传统监测盲区, 为沿海海平面变化监测与风险评估提供可推广的新技术路径。

滑坡灾害对山区居民生命财产安全构成持续威胁, 尤其在强降雨诱发下, 滑坡区域常伴随剧烈地表形变, 导致合成孔径雷达干涉数据严重失相干, 制约了传统时序InSAR技术在该类区域的形变监测能力。为解决这一难题, 本文以2018-07发生于甘肃省舟曲县南峪乡的大型滑坡为研究对象, 提出基于统计同质性检测与时间相位链路优化的DS-InSA形变监测方法。该方法在传统DS-InSAR框架下引入统计同质性判定模型, 通过非参数检验识别散射特性稳定的像元集群, 从而扩大低相干区域的监测覆盖范围; 同时, 利用最短路径约束策略优化干涉图网络结构, 以提升连接密度与时间相干性; 并结合时间相位链路(Phase Linking)联合估计算法对干涉相位进行整体优化, 增强形变信息的时序连续性和稳定性。结果表明, 该方法在南峪滑坡塌陷区显著提升了监测点的分布密度和后验相干性, 有效相干点数量从23 232增加至43 463, 提升约87%, 平均后验相干系数提升0.3, 有效揭示了滑坡主体的动态演化特征。优化后的年均形变速率图显示, 滑坡主变形区最大下滑速率超过70 mm/a, 特征点时序曲线与降雨过程高度吻合。该研究验证了时序相位优化方法在高形变量滑坡区的适用性与有效性, 为复杂山区滑坡的InSAR监测提供了有力的技术支撑。

基于20多年的MODIS卫星遥感红外数据, 利用距平法和空间异常叠加法提取亮温低频信息, 研究2008-05-12汶川M_S8.0地震前红外辐射异常时空演化过程及特征。结果表明, 汶川地震前出现辐射增强异常。时间上, 2006-2007年, 震中西侧辐射增强核心区辐射值趋势性增强; 2008年至汶川地震发震前, 辐射增强趋势有所减弱。空间上, 辐射增强核心区位于巴颜喀拉块体和羌塘块体东段, 面积约58万km², 空间分布特征与汶川地震孕育的动力学背景相符。