《测绘学报》
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相关研究论文（共两篇，可滑动查看）
近期，武汉大学卫星导航定位技术研究中心耿江辉教授、张提升副教授课题组破坏性大地震新型观测技术研究取得新进展。他们针对现有强地震观测手段无法完整、准确地捕捉剧烈地表形变的痼疾，率先在国际上提出了深度融合加速度计和陀螺仪的“六自由度GNSS地震仪”原理、方法和仪器原型，攻克了强烈地震时严重损害位移观测精度的幅度和相位畸变难题，为破坏性大地震抵近观测并最终服务于地震预警提供了更为可靠可信的观测手段。
成果分别于2019、2020年初连续发表在国际地球科学权威期刊Geophysical Research Letters（《地球物理快报》）（见首图）。国际旋转地震学会主席、德国慕尼黑大学教授Heiner Igel和法国巴黎地球物理研究所高级科学家Jean-mathieu Nocquet分别致函邀请耿江辉在2019年国际旋转地震学论坛（IWGoRS）和2020年欧洲地球科学年会（EGU）上特别报告此项成果。
据悉，破坏性大地震是人类生命财产安全的重大威胁，深入了解地震成灾机理、及时预警地震触发甚至预报地震危险性是攸关国计民生的急迫性课题，而抵近震中区域进行毫米级地表强震动观测是突破这一难题的最有效途径之一。但是，传统的强震观测手段只能测量地表加速度形变，积分后会形成巨大漂移，而新兴的北斗/GNSS位移观测噪声又高于传统地震仪数十倍，其强震动冲击场景下测得的位移幅度和相位都会产生近100%的畸变，甚至信号中断。
课题组提出了“六自由度GNSS地震仪”概念和原型，在GNSS基带芯片中集成惯性测量单元以改善其载波环路对高动态卫星信号的跟踪品质，同时发展了六自由度地震数据融合理论和方法，利用GNSS位移、加速度计线运动和陀螺仪角运动观测形成了一个高度互补的自耦合数据处理系统。震动台实验证实，“六自由度GNSS地震仪”将0.1Hz以下的位移信号观测噪声最大降低了68%，整体精度从2cm提升至2mm，并将强震动冲击造成的位移幅度和相位畸变降低了80%，完全避免了由卫星信号失锁所造成的地震波信号缺失的观测弊端。
六自由度GNSS地震仪工作原理
“六自由度GNSS地震仪”深度融合了传统与新兴地震观测仪器，将强地震位移观测精度和稳定度提高了一个数量级，极大地发挥了1+1>2的观测效果，是推进近场强震监测和研究的一种理想技术途径，将助力提升我国先进地震仪器的自主研发能力，开拓具有国际影响力的地震科技优势领域，最终服务于全球防震减灾事业。
两篇论文分别为“Six-degree-of-freedom broadband seismogeodesy by combining collocated high-rate GNSS, accelerometers and gyroscopes”（《融合高采样率GNSS、加速度计和陀螺仪的六自由度宽频带地震大地测量》）和“Strong-motion seismogeodesy by deeply coupling GNSS receivers with inertial measurement units”（《深度组合GNSS接收机和惯性测量单元的强震动地震大地测量》）。通讯作者分别是耿江辉和张提升，2019级博士研究生温强也是论文主要完成人。
该项研究受到国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的资助，已授权国家发明专利（ZL201810580041.0，ZL201410027100.3）。
耿江辉
耿江辉，武汉大学卫星导航定位技术研究中心教授，博士生导师。2004年毕业于武汉大学测绘学院。2015年入选中组部青年千人，并主持武汉大学“海外人才引进项目”。2010年德国地球科学研究中心GFZ客座科学家，2011年英国工程科学委员会EPSRC和诺丁汉大学创新研究员，2012年美国Cecil H. & Ida M. Green地球科学基金会Green学者，2012年4月加拿大卡尔加里大学访问学者。
近五年来受到著名的国际GNSS服务组织IGS、美国大地测量和地球科学联盟UNAVCO和欧洲地球科学联盟EGU的邀请做大会口头报告，并受邀加入IGS精密单点定位模糊度固定工作组，担任16种国际SCI期刊的审稿人。2008年荣获英国皇家导航协会的‘New Navigator’奖励称号，2009年荣获美国导航协会优秀论文奖，2009年中国国家留学基金委优秀留学生称号，2010年教育部高等学校科研优秀成果奖和2011年国家科技进步二等奖(排名第六)。目前发表SCI论文17 篇，Google引用量500多次。
张提升
张提升，卫星导航定位技术研究中心副教授。主要从事多源深组合接收机、机器人智能导航方面的教学与研究工作。面向炮弹、自动驾驶等复杂环境定位需求，开展多源深组合接收机技术研究，提高高动态、遮挡、衰弱、干扰情况下GNSS接收机及组合导航性能。面向机器人导航需求，开展多传感器智能融合导航技术，提供连续、精确、可靠的导航服务。
主持国家自然科学青年基金、国家重点研发计划子课题、国家863计划子课题、中国博士后科学基金特别资助等项目10余项，并作为主要成员参加国家、企业项目多项。成功研制了多源深组合接收机系统、高精度低成本组合导航系统等。已发表SCI/EI论文20余篇，申请国家发明专利10余项，国家级奖励5项。
来源：武汉大学新闻网
作者：何小丹
原标题：耿江辉、张提升课题组研制出六自由度GNSS地震仪——为地震预警提供更可靠可信观测手段
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