《測繪學報》
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相關研究論文（共兩篇，可滑動查看）
近期，武漢大學衛星導航定位技術研究中心耿江輝教授、張提升副教授課題組破壞性大地震新型觀測技術研究取得新進展。他們針對現有強地震觀測手段無法完整、準確地捕捉劇烈地表形變的痼疾，率先在國際上提出了深度融合加速度計和陀螺儀的“六自由度GNSS地震儀”原理、方法和儀器原型，攻克了強烈地震時嚴重損害位移觀測精度的幅度和相位畸變難題，為破壞性大地震抵近觀測並最終服務於地震預警提供了更為可靠可信的觀測手段。
成果分別於2019、2020年初連續發表在國際地球科學權威期刊Geophysical Research Letters（《地球物理快報》）（見首圖）。國際旋轉地震學會主席、德國慕尼黑大學教授Heiner Igel和法國巴黎地球物理研究所高級科學家Jean-mathieu Nocquet分別致函邀請耿江輝在2019年國際旋轉地震學論壇（IWGoRS）和2020年歐洲地球科學年會（EGU）上特別報告此項成果。
據悉，破壞性大地震是人類生命財產安全的重大威脅，深入瞭解地震成災機理、及時預警地震觸發甚至預報地震危險性是攸關國計民生的急迫性課題，而抵近震中區域進行毫米級地表強震動觀測是突破這一難題的最有效途徑之一。但是，傳統的強震觀測手段只能測量地表加速度形變，積分後會形成巨大漂移，而新興的北斗/GNSS位移觀測噪聲又高於傳統地震儀數十倍，其強震動衝擊場景下測得的位移幅度和相位都會產生近100%的畸變，甚至信號中斷。
課題組提出了“六自由度GNSS地震儀”概念和原型，在GNSS基帶芯片中集成慣性測量單元以改善其載波環路對高動態衛星信號的跟蹤品質，同時發展了六自由度地震數據融合理論和方法，利用GNSS位移、加速度計線運動和陀螺儀角運動觀測形成了一個高度互補的自耦合數據處理系統。震動臺實驗證實，“六自由度GNSS地震儀”將0.1Hz以下的位移信號觀測噪聲最大降低了68%，整體精度從2cm提升至2mm，並將強震動衝擊造成的位移幅度和相位畸變降低了80%，完全避免了由衛星信號失鎖所造成的地震波信號缺失的觀測弊端。
六自由度GNSS地震儀工作原理
“六自由度GNSS地震儀”深度融合了傳統與新興地震觀測儀器，將強地震位移觀測精度和穩定度提高了一個數量級，極大地發揮了1+1>2的觀測效果，是推進近場強震監測和研究的一種理想技術途徑，將助力提升我國先進地震儀器的自主研發能力，開拓具有國際影響力的地震科技優勢領域，最終服務於全球防震減災事業。
兩篇論文分別為“Six-degree-of-freedom broadband seismogeodesy by combining collocated high-rate GNSS, accelerometers and gyroscopes”（《融合高採樣率GNSS、加速度計和陀螺儀的六自由度寬頻帶地震大地測量》）和“Strong-motion seismogeodesy by deeply coupling GNSS receivers with inertial measurement units”（《深度組合GNSS接收機和慣性測量單元的強震動地震大地測量》）。通訊作者分別是耿江輝和張提升，2019級博士研究生溫強也是論文主要完成人。
該項研究受到國家自然科學基金和國家重點研發計劃等項目的資助，已授權國家發明專利（ZL201810580041.0，ZL201410027100.3）。
耿江輝
耿江輝，武漢大學衛星導航定位技術研究中心教授，博士生導師。2004年畢業於武漢大學測繪學院。2015年入選中組部青年千人，並主持武漢大學“海外人才引進項目”。2010年德國地球科學研究中心GFZ客座科學家，2011年英國工程科學委員會EPSRC和諾丁漢大學創新研究員，2012年美國Cecil H. & Ida M. Green地球科學基金會Green學者，2012年4月加拿大卡爾加里大學訪問學者。
近五年來受到著名的國際GNSS服務組織IGS、美國大地測量和地球科學聯盟UNAVCO和歐洲地球科學聯盟EGU的邀請做大會口頭報告，並受邀加入IGS精密單點定位模糊度固定工作組，擔任16種國際SCI期刊的審稿人。2008年榮獲英國皇家導航協會的‘New Navigator’獎勵稱號，2009年榮獲美國導航協會優秀論文獎，2009年中國國家留學基金委優秀留學生稱號，2010年教育部高等學校科研優秀成果獎和2011年國家科技進步二等獎(排名第六)。目前發表SCI論文17 篇，Google引用量500多次。
張提升
張提升，衛星導航定位技術研究中心副教授。主要從事多源深組合接收機、機器人智能導航方面的教學與研究工作。面向炮彈、自動駕駛等複雜環境定位需求，開展多源深組合接收機技術研究，提高高動態、遮擋、衰弱、干擾情況下GNSS接收機及組合導航性能。面向機器人導航需求，開展多傳感器智能融合導航技術，提供連續、精確、可靠的導航服務。
主持國家自然科學青年基金、國家重點研發計劃子課題、國家863計劃子課題、中國博士後科學基金特別資助等項目10餘項，並作為主要成員參加國家、企業項目多項。成功研製了多源深組合接收機系統、高精度低成本組合導航系統等。已發表SCI/EI論文20餘篇，申請國家發明專利10餘項，國家級獎勵5項。
來源：武漢大學新聞網
作者：何小丹
原標題：耿江輝、張提升課題組研製出六自由度GNSS地震儀——為地震預警提供更可靠可信觀測手段
姚宜斌 l《測繪學報（英文版）》（JGGS）精選論文
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