地震作为地球上最为常见的自然灾害之一,其中大地震引发的原生或者次生灾害,对人类的生命财产安全造成了巨大的冲击。然而,目前人们对于地震的认知仍然处于初期科学探索阶段,无法避免和准确地预测地震。在此背景下,若能在地震发生后快速有效地对周边潜在危险区域发出预警信息,不失为一种行之有效的防震减灾手段。对于地震预警系统而言,提高预警的准确性和时效性是当务之急。现有地震预警系统主要以地震仪和强震仪为基础,当遇到（特）大地震时（Mw>7）,容易发生震级估计、震源参数反演失准等现象,进而影响预警的准确性。因为这些参数的估算与震时地表位移紧密相关,而地（强）震仪受量程限幅和基线偏差的影响很难准确地恢复出高精度的地表位移。此外,大震发生后往往跟随着大量余震和早期余滑,需要较长时间的观测,一方面可以有效地区分主震、余震以及震后余滑引起的地表形变,提高震级估计的准确度,另一方面还能了解大震孕育、发展的过程,为地球物理相关研究带来新的发现。从预警时效性角度考虑,当前地震监测网的测站密度仍然不够密集,存在许多地震监测盲区,降低了预警时长。因此,如何获得高精度的宽频带地表位移,提高地震监测网密度成为了当前地震监测亟待解决的关键问题。高频GNSS（Global Navigation Satellite System）技术可直接获得测站相对于全球参考框架的“绝对位置”,不受量程限幅和测量误差随时间累积等影响,且可捕捉低频地震信号,近年来被广泛应用于瞬时地表位移监测。从台站布局而言,通常高频GNSS观测网与地（强）震仪观测网相互独立,可作为传统地震台网的有效补充。虽然相较于地（强）震仪,高频GNSS在地表形变提取上具有明显的优势,但其自身也存在一些不足之处:（1）现有GNSS观测网的测站密度较为稀疏,地震波拾取的空间分辨率较低,预警的时效性不高;（2）目前用于地震监测的GNSS观测网主要以GPS（Global Positioning System）为主,单GPS系统的定位精度和可靠性有限,不易探测微弱的地表运动;（3）虽然高频GNSS具有监测长周期信号的能力,但受未模型化误差的影响,通常动态三维定位精度维持在10 cm左右,且未模型化误差易影响地表真实形变的识别。因此,深入开展高频高精度GNSS定位算法的研究,进一步挖掘其在宽频带位移提取方面的潜力,是当前GNSS地震学的前沿热点,也是本论文的选题初衷。本文旨在深入挖掘GNSS技术在宽频带地震地表位移监测中的潜力。围绕这一核心目标,本文主要从数据处理的角度出发,深入研究并提出了单双频混合PPP（Precise Point Positioning）提取同震位移的新方法,详细分析了多系统GNSS给地震监测带来的益处,并提出了削弱高频GNSS中未模型化误差（多路径/共模误差）的解决方案。论文的主要工作和贡献如下:（1）为提高地表位移的空间分辨率以及地震预警的时效性,针对现有GNSS观测网测站密度稀疏的问题,提出利用单频GNSS接收机加密现有双频观测网的方法。电离层延迟误差作为单频PPP数据处理的关键因素,其改正数直接采用无几何距离相位观测值导出,之后内插给单频用户使用。单频L1 UPD（Uncalibrated Phase Delay）也由双频观测网导出,用于模糊度固定。采用德国SAPOS观测网数据验证方法的可行性和可靠性。结果表明,电离层斜延迟估值的精度可达0.016 m,站间距为56 km时的内插精度为0.035 m。单频UPD参数的验后残差均小于0.3周,且UPD在时域内具有很高的稳定性,可每小时提供一组。通过与静态天解结果比较,新方法提取的位移精度,水平方向可达1～2 cm,垂直方向可达2～3.5 cm。当站间距小于52 km时,单频PPP收敛时间小于10分钟,且随着站间距的增加,收敛时间逐渐增长。当站间距增大至99 km时,基本无法固定模糊度。最后,通过真实地震事件计算结果表明,新方法提取的同震位移精度与双频PPP事后固定解精度基本相当。（2）我国北斗以及其它卫星导航系统的快速发展,为高精度瞬时地表位移监测提供了良好机会。以Mw 6.5级九寨沟地震为例,重点分析了我国BDS（Bei Dou Navigation Satellite System）,以及BDS+GPS+GLONASS（Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema）多系统组合在地震波信号拾取上的能力。结果表明,本次地震事件中,BDS PPP短时位移提取精度在东向和垂向上较GPS位移提取精度分别提高43%和23%,而测速精度与GPS基本相当。相较于单GPS结果,多系统在东向、北向和垂向的短时位移提取精度可分别提高47%,55%和28%。BDS以及多系统PPP提取的同震位移与强震仪积分结果、有限断层滑动模型正演结果基本一致,差异在毫米级,证明了BDS以及多系统PPP对提高实时地震波信号拾取精度具有重要意义。（3）相位多路径误差是影响GNSS长时间位移监测精度的主要误差源之一。首先,介绍了多路径效应产生的原因,以及常用的削弱多路径效应的几种方法。采用非差非组合PPP直接从GPS,GLONASS,BDS,Galileo四系统原始相位观测值中提取多路径误差。分析了多系统不同频点间相位残差间的数学关系。结果表明,对所有系统而言,同一颗卫星不同频点间的相位残差满足线性关系。根据该数学关系,由第一频率的相位残差可恢复出精度优于0.1 mm的第二频率的相位残差。如此,对多路径误差的处理由双频转向单频,因而极大地降低了非差非组合PPP数据处理的复杂程度。（4）利用小波变换从频域上分析了多路径在不同频段、不同空间位置的能量分布,据此改进了传统多路径格网模型。依据高度角将格网模型分为三等份,对比了不同格网分辨率下多路径的改正效果,实验表明最优格网分辨率为0.2°×0.2°×1°。此外,对GPS,GLONASS和Galileo（Galileo Navigation Satellite System）而言,当卫星高度角大于15°时,卫星间多路径具有较好的符合性,而对BDS而言则呈现出明显的星间差异性。尽管GPS L1和Galileo E1具有一致的频率,但是相同空间位置的多路径仍然存在系统偏差。相较于恒星日滤波和传统格网模型,新方法对位移精度的提升最为明显。采用该方法的四系统PPP浮点解在东向、北向和垂向的位移提取精度可达0.75,0.55和2.08 cm。（5）理论上分析了共模误差对高频PPP长时间位移监测的影响。结合主成分分析法,提出了针对受震测站共模误差提取的方法。采用震前静态模拟动态实验,重点分析了高频GNSS动态位移序列中共模误差的时频特征。首次量化了共模误差与多路径误差在高频GNSS位移序列中的比例。通过分析震时数据,说明了高频GNSS时序中存在由未模型化误差引起的长周期“虚假”信号,该部分信号会误导人们对某些地球物理现象的解释。同时,证明了新方法可进一步提高PPP长时间位移监测的精度,对早期震后余滑的识别、快速准确地获得断层滑动分布和震级具有重要意义。