利用大地测量观测资料研究青藏高原三维地壳形变及地震危险性评估进展

青藏高原是一个理想而独特的地球科学天然实验场，青藏高原的地壳形变、物质逃逸模式及地震活动性等科学问题一直是地学界关注的重点。以全球导航卫星系统(global navigation satellite system，GNSS)和合成孔径雷达干涉测量技术（interferometric synthetic aperture radar，InSAR）为代表的空间大地测量技术因其时空分辨率高、覆盖范围广、观测精度高等特点，被应用于现今的地壳形变监测并在地震研究中起着十分重要的作用。首先，综述了青藏高原三维地壳形变研究进展情况，包括青藏高原地壳水平形变的GNSS研究、综合利用GNSS和水准观测资料的青藏高原地壳垂直形变研究、青藏高原InSAR区域形变研究和融合多源大地测量资料构建青藏高原三维形变场等。其次，结合青藏高原三维地壳形变资料介绍了青藏高原活动断裂地震危险性评估的研究进展，讨论了顾及地震应力扰动的概率性地震危险性评估过程以及大地测量观测在地震危险性评估中所起的作用。今后需要加强青藏高原GNSS监测空区的加密观测工作，综合GNSS和InSAR观测结果精化青藏高原的地壳运动与变形模式；开展断裂带“近全地震周期”的大地测量观测研究，分析断裂带“近全地震周期”的形变特征及断层在地震周期内的形变演化过程；利用地震学、地质学、大地测量学等多源海量数据开展基于机器学习的活动断层地震危险性评估。

空间激光链路时频传递算法及仿真分析

利用空间高精度时频系统提供的超高精度时间频率信号，可以开展一系列空地时频传递和基础物理实验，支撑相对论及相关理论的高精度检验。针对空间激光链路时频传递算法进行了理论推导及仿真分析。首先，从星地激光双向时间比对理论公式出发，对比分析了X型星地双向时间比对与Lambda型星地双向时间比对的优缺点。其次，针对空间站轨道高度讨论了相对论效应对坐标时与原时转换的影响。最后，讨论了空地时频比对数据不连续性对空间站高精度原子钟稳定性评估的影响。结果表明：(1)基于激光测距方式的Lambda型双向时间比对可以抵消一阶多普勒对上下行距离项差异的影响，且Sagnac项影响的增大可忽略；(2)星地时间比对中坐标时和原时转换的相对论项对空间站位置的速度精度提出了高要求，为实现1×10 ^-18 量级的频率偏差比对精度，空间站地心距精度要求为1 dm，速度精度要求为0.1 mm/s；(3)受空间站对地可见性影响，仅利用国内测站无法通过星地链路进行中短期原子钟稳定性的评估。

多系统GNSS卫星钟差和偏差产品综合：IGS第3次重处理

2019年10月，国际卫星导航服务组织（international GNSS service, IGS）开始了第3次重处理（the third data reprocessing campaign, repro3），对各分析中心的全球卫星导航定位系统（global navigation satellite system, GNSS）卫星钟差和偏差产品（包括伪距偏差和相位偏差）进行综合成为其重要任务之一。提出了多系统GNSS卫星钟差和偏差产品综合的模型和方法，并受IGS协调分析中心委托，对repro3发布的2000—2020年的钟差和偏差产品进行综合。通过对产品综合情况进行统计与分析，得出如下结论：各GNSS系统的综合钟差产品完整率稳定后可达到95%以上，优于多数分析中心产品；GPS和伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system, Galileo）卫星钟差间的综合均方根误差分别达到6.13 ps和5.63 ps，证明了综合方法中的各项改正模型能显著提升产品一致性；格拉茨技术大学产品参与合并的平均权重达到21.83%，其相对精度优于其他分析中心；基于相位偏差产品的钟差合并权重整体高于传统卫星钟差，稳定性和精度更优。此外，为了验证综合产品的定位性能，选取了全球均匀分布的103个测站进行精密单点定位静态解测试，结果表明：基于综合产品的GPS卫星宽巷、窄巷模糊度的平均固定率分别为90.16%和86.72%，Galileo卫星分别为97.11%和93.77%，较基于欧洲定轨中心（Center for Orbit Determination in Europe, COD）重处理产品的定位结果整体提升约1~5百分点；使用综合产品在东、北、天方向的平均定位精度分别为0.154、0.178、0.542 cm，相比COD提升了20%~30%。IGS repro3的综合钟差和偏差产品已在IGS官方网站提供下载（https://cddis.nasa.gov/archive/gnss/products/repro3/）。

广域瞬时厘米级精密单点定位和服务系统

精密单点定位技术（precise point positioning，PPP）虽可以提供全球厘米级定位，但是需要数十分钟实现收敛，而PPP-实时动态定位（real-time kinematic, RTK）则依赖区域参考站以提供大气延迟改正信息，限制了系统服务范围。实现了一种多频多模观测值PPP方法，仅需要卫星轨道、钟差和信号偏差即可实现全球范围内的瞬时厘米级定位，解决了PPP收敛慢、PPP-RTK服务范围有限和成本高的难题。结合现有星基增强改正数编码和播发方式，构建了一个兼容北斗PPP-B2b服务的广域瞬时厘米级服务系统，并评估了其轨道、钟差和信号偏差等增强信息精度。中国区域静态和车载动态数据验证结果表明，该系统可以95%的置信率在1 min内实现厘米级精密定位，可满足自动驾驶等领域对快速、高精度和高可信定位的需求。

城市复杂场景下GNSS定位的因子图优化方法及其抗差性能分析

北斗/全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）在开阔环境下可以提供连续可靠的高精度导航定位服务，但是在城市复杂场景下，GNSS多路径与非视距信号严重、粗差与周跳发生频繁，导航定位能力仍然存在不足。相较于扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)方法，因子图优化能够充分利用历史观测，通过窗口内历元间约束与冗余观测信息共同抑制异常数据影响。构建了基于滑动窗口因子图优化的GNSS定位模型，通过验后残差迭代分析进行粗差探测，并从最小可探测误差、粗差探测成功率、定位精度提升等方面深入分析因子图优化与EKF的抗差性能。以城市复杂场景数据进行处理验证，结果表明，因子图优化的最小可探测误差减小了11.92%~32.56%，粗差探测成功率提升了3.84%~10.47%，GNSS定位精度提升了11.29%~25.99%。总体而言，对于城市复杂场景下的GNSS导航定位应用，因子图优化具备更好的抗差性能和定位精度，有望取代现有基于单历元观测值的EKF模型。

大范围洪涝灾害影响下的交通网受损快速评估

2021年7月，中国河南省遭遇极端强降雨天气，出现大范围洪涝灾害，河南省内各级交通网受到严重影响。为了快速、准确地获取极端气候条件下自然灾害对大范围交通网造成的损坏和运行影响情况，对哨兵1号、高分三号卫星遥感影像、欧洲中期天气预报中心的降雨和水汽数据、地质灾害调查数据等多源数据进行分析与融合，提出了大范围洪涝灾害影响下的交通网受损快速评估技术体系框架，解析了此轮河南暴雨引发的洪涝灾害发展过程，并评估了洪涝灾害对交通道路网危害及后续次生灾害的风险，利用空间可达性模型对路网受损后的连通性水平进行了评估。结果显示：此次洪涝灾害具有累计降雨量极大、高度集中且降水范围广的特点，河南省郑州市及周边地区的洪涝受灾面积约3 800 km ² ；三门峡市、登封市山区次生滑坡灾害发生可能性极高；公路交通网受洪涝灾害影响的道路总里程约为1 300.46 km；郑州等五市的公路网连通性下降了21.27%左右。其中，高速公路、国道、省道的连通性分别下降了34.22%、13.78%和14.86%。

高分七号卫星影像融合中的全色-多光谱配准误差补偿模型

高分七号是中国第一颗面向1∶10 000立体测图的遥感卫星，其后视全色影像与多光谱影像通过融合可以得到最高0.65 m分辨率的多光谱融合影像。但在实际生产过程中，发现融合影像存在局部晕边现象。针对这一问题，分析了高分七号卫星影像的误差来源，并提出了全色-多光谱配准误差补偿模型，包含用于补偿线性误差的线性项、用于补偿子线阵电荷耦合器件安置误差和镜头畸变的分段四次多项式以及用于补偿周期性误差的三角级数项。根据该模型设计了求解模式和复用模式两种融合方案。利用中国广东地区和青海地区的高分七号影像数据进行实验验证，结果表明所提模型可以使融合配准精度由最大0.6多光谱像素提升至约0.07多光谱像素，平面误差小于0.25倍多光谱像素的区域占比由不足50%提升到约98%，完全满足融合影像生产要求。

面向大高差RTK的对流层延迟改正模型及实时差分服务构建

在大高差区域，实时动态定位(real time kinematic, RTK）的站间对流层延迟差异较大，传统的RTK算法忽略站间大气延迟误差，严重影响定位精度。无论是全球还是中国范围，大高差地形都广泛分布，研究大高差RTK十分必要。由于对流层延迟参数与高程参数强相关，RTK中无法实时估计对流层延迟，引入外部模型是大高差RTK中修正对流层延迟误差的唯一手段。分析了大高差RTK对对流层延迟模型的特殊需求，总结了可用的经验对流层延迟模型。为进一步提高大高差RTK的定位精度，提出了基于连续运行参考站和气象站的实时实测对流层延迟模型构建方法。两种方法虽然能够提高RTK精度，但都存在各自的缺陷，未来需要进一步研究。在此基础上，提出了基于因特网航海无线电技术委员会传输协议的小区域大高差RTK服务方法，实现了RTK用户的对流层延迟无感改正。