行星震事件的准确定位是准确成像行星内部结构的基石。受制于探测任务发射时间和经济成本、无人部署等，一次任务只能在行星表面布设一台地震仪；更突出的是，地外天体（火星、月球）的地震活动性微弱，昼夜温差巨大等恶劣环境导致地震仪性能下降。上述因素导致了行星震事件单台定位（方位角和距离）异常困难，定位误差特别是方位角的误差巨大（可达180°）。
传统方法（即极化方法或偏振方法或主分量分析方法）利用P波初至的质点运动极化方向或偏振方向确定事件的方位角，该方法的精度易受P波起跳时刻拾取精度、P波初至窗口、滤波频带等多参数影响，适合定位质量较好的事件，在定位低质量事件时捉襟见肘。
中国科学院地质与地球物理研究所孙伟家研究员、唐清雅博士后及其合作者，发展了旋转接收函数的单台行星震定位方法。接收函数方法通常被用于壳-幔结构成像，几无被用于事件方位角估计。该团队深入理解接收函数原理和数据处理，将接收函数用于确定单台事件方位角。他们利用已知准确位置的地震事件、核爆事件和火星陨石撞击事件验证了该方法的定位精度，其方位角误差最小为1.5°–5°，较传统方法的方位角误差降低97%以上（图1）。
接收函数成像关键的一步是数据旋转，将南北向-东西向-垂向的三分量数据旋转至径向-切向-垂向的三分量数据，以获得最大振幅成像。旋转的角度即为事件相对于台站的方位角，这意味着当且仅当使用正确方位角旋转数据得到的接收函数直达P波的振幅最大（图2）。基于此原理，首先均匀给定所有可能的方位角（例如采样方位角0°–360°，采样间隔1°），然后进行数据旋转并计算接收函数，取接收函数直达P波最大振幅对应的方位角为该事件的方位角。该原理还可用于计算海底地震仪的水平方位（海底地震仪在海面释放后自由落体而无法控制其水平方位）。该方法有助于显著提升火星震和月震等定位精度。
图1 利用已知准确位置的核爆事件、地震事件和火星陨石撞击事件验证本研究方法的方位角精度。真实的方位角位于图片上部，本研究方法的方位角位于图中框内和红色圆点
图2 a) 旋转接收函数方法的原理。圆表示BAZ从0-360˚的接收函数直达P波振幅变化。最深红色表示最大振幅，对应于真实的方位角φ。R和T分别表示径向和切向方向；b) 接收函数直达P波振幅随方位角变化，最大振幅对应最佳的方位角
研究成果发表于国际学术期刊SRL（孙伟家*，Hrvoje Tkalčić，唐清雅. Single-Station Back-Azimuth Determination With the Receiver Function Rotation Technique Validated by the Locations of Earthquakes, Impacts, and Explosions[J].Seismological Research Letters，2024. DOI: 110.1785/0220240117 .）。研究受国家重点研发计划“火星圈层过程”项目（2022YFF0503203）、中国科学院青年创新促进会和澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室开放课题（SKL-LPS(MUST)-2021-2023）联合资助。