耿江輝、張?zhí)嵘n題組研制出六自由度GNSS地震儀

       近期，武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心耿江輝教授、張?zhí)嵘苯淌谡n題組破壞性大地震新型觀測(cè)技術(shù)研究取得新進(jìn)展。他們針對(duì)現(xiàn)有強(qiáng)地震觀測(cè)手段無(wú)法完整、準(zhǔn)確地捕捉劇烈地表形變的痼疾，率先在國(guó)際上提出了深度融合加速度計(jì)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(qiáng)烈地震時(shí)嚴(yán)重?fù)p害位移觀測(cè)精度的幅度和相位畸變難題，為破壞性大地震抵近觀測(cè)并最終服務(wù)于地震預(yù)警提供了更為可靠可信的觀測(cè)手段。

       成果分別于2019、2020年初連續(xù)發(fā)表在國(guó)際地球科學(xué)權(quán)威期刊Geophysical Research Letters（《地球物理快報(bào)》）。國(guó)際旋轉(zhuǎn)地震學(xué)會(huì)主席、德國(guó)慕尼黑大學(xué)教授Heiner Igel和法國(guó)巴黎地球物理研究所高級(jí)科學(xué)家Jean-mathieu Nocquet分別致函邀請(qǐng)耿江輝在2019年國(guó)際旋轉(zhuǎn)地震學(xué)論壇（IWGoRS）和2020年歐洲地球科學(xué)年會(huì)（EGU）上特別報(bào)告此項(xiàng)成果。

       據(jù)悉，破壞性大地震是人類生命財(cái)產(chǎn)安全的重大威脅，深入了解地震成災(zāi)機(jī)理、及時(shí)預(yù)警地震觸發(fā)甚至預(yù)報(bào)地震危險(xiǎn)性是攸關(guān)國(guó)計(jì)民生的急迫性課題，而抵近震中區(qū)域進(jìn)行毫米級(jí)地表強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)是突破這一難題的最有效途徑之一。但是，傳統(tǒng)的強(qiáng)震觀測(cè)手段只能測(cè)量地表加速度形變，積分后會(huì)形成巨大漂移，而新興的北斗/GNSS位移觀測(cè)噪聲又高于傳統(tǒng)地震儀數(shù)十倍，其強(qiáng)震動(dòng)沖擊場(chǎng)景下測(cè)得的位移幅度和相位都會(huì)產(chǎn)生近100%的畸變，甚至信號(hào)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(cè)量單元以改善其載波環(huán)路對(duì)高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤品質(zhì)，同時(shí)發(fā)展了六自由度地震數(shù)據(jù)融合理論和方法，利用GNSS位移、加速度計(jì)線運(yùn)動(dòng)和陀螺儀角運(yùn)動(dòng)觀測(cè)形成了一個(gè)高度互補(bǔ)的自耦合數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。震動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，“六自由度GNSS地震儀”將0.1Hz以下的位移信號(hào)觀測(cè)噪聲最大降低了68%，整體精度從2cm提升至2mm，并將強(qiáng)震動(dòng)沖擊造成的位移幅度和相位畸變降低了80%，完全避免了由衛(wèi)星信號(hào)失鎖所造成的地震波信號(hào)缺失的觀測(cè)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(tǒng)與新興地震觀測(cè)儀器，將強(qiáng)地震位移觀測(cè)精度和穩(wěn)定度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，極大地發(fā)揮了1+1>2的觀測(cè)效果，是推進(jìn)近場(chǎng)強(qiáng)震監(jiān)測(cè)和研究的一種理想技術(shù)途徑，將助力提升我國(guó)先進(jìn)地震儀器的自主研發(fā)能力，開拓具有國(guó)際影響力的地震科技優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域，最終服務(wù)于全球防震減災(zāi)事業(yè)。