完整的描述变形体运动特征需要平移和旋转观测量，其中平移和旋转量被称为六自由度信息。对于地震事件，研究平移信号已经成为一种惯例。但是由于技术方面的限制同震旋转信号并不容易获取。不过，我们可以用一个密集的加速度计阵列通过假设空间上均匀旋转形变来间接地获取旋转信息，但是用此种方法难以获取永久的旋转信号。2013年，我们提出了一种新的用并置的GPS和加速度计获取一个点上的倾斜信息的地震大地测量学方法，能够以0.01°的精度测量包含永久旋转在内的旋转信息。由于近几年第一代商品化的旋转地震仪R1及其升级版本R2的出现，在2019年，我们进一步发展了之前提出的理论，通过在Kalman滤波中加入陀螺仪观测值，联合并置的GNSS和加速度计观测数据，可以更精确地恢复宽频带位移和旋转信息。

图1. GPS+加速度计获取的振动台模拟地震实验的同震点倾斜量(a-c)及其功率谱密度(d-e)以及四个加速度计阵列估计的旋转量。1a和1b中红色线为不同过程噪声下GPS+加速度计获取的地面点倾斜；绿色椭圆圈起来的表示震前加的抖动。在1d和1e中，蓝色、绿色和红色的线对应加速度计阵列得到的旋转量及GPS+加速计在不同系统噪声下得到的地面点旋转。这张图说明用GPS+加速度计可以恢复包括永久倾斜在内的旋转信息。

图2. 模拟振动台实验中自由度地震大地测量方法得到的地震旋转量和其它方法得到的旋转量对比。这幅图说明通过我们的方法可以获得更准确的旋转信息。

图3. 在振动台模拟地震实验中各种方法获得的位移与振动台真值位移差值的功率谱密度。在某一频率上功率谱密度越大说明误差越大。这幅图说明我们提出的六自由度地震大地测量方法可以获取更准确的宽频带位移。

相关工作

1. Geng J*, Melgar D, Bock Y, Pantoli E, Restrepo, J (2013) Recovering coseismic point ground tilts from collocated high-rate GPS and accelerometers. Geophys. Res. Lett., 40, 5095-5100, doi:10.1002/grl.51001

2. Geng J*, Wen Q, Chen Q, Chang H (2019) Six-degree-of-freedom broadband seismogeodesy by combining collocated high-rate GNSS, accelerometers and gyroscopes. Geophys. Res. Lett. 46(2):708-716, doi:10.1029/2018GL081398