魯茜

摘 要：在對(duì)GPS技術(shù)的研究過程中，流層折射延遲的改善與模擬始終都是重點(diǎn)研究對(duì)象。全球氣壓氣溫（GPT）模型與全球投影函數(shù)（GMF）對(duì)于GPS定位的垂直偏差與年周偽信號(hào)具有重大影響，其能夠讓GPS的定位精度得到有效提高。而GPT2模型則是由GPT與GMF結(jié)合在一起而形成，因此，和GPT與GMF進(jìn)行比較，GPT2的時(shí)空變異性更加突出。本文主要根據(jù)國內(nèi)基準(zhǔn)站實(shí)測(cè)的氣壓氣溫?cái)?shù)據(jù)驗(yàn)證GPT2的具體精度，進(jìn)而對(duì)測(cè)站氣溫與氣壓對(duì)GPS定位結(jié)果的影響做出了深入探究。

關(guān)鍵詞：測(cè)站氣溫與氣壓；全球氣壓氣溫模型；對(duì)流層延遲

分別采用全球氣壓氣溫模型OPT與GPT2對(duì)一樣的連續(xù)觀測(cè)站數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)過比較兩組測(cè)站位置估值發(fā)現(xiàn)，延遲參數(shù)無法完全吸收因測(cè)站氣壓偏差而致使的先驗(yàn)天頂延遲偏差，進(jìn)而使得測(cè)站垂向位置產(chǎn)生偏差，而且偏差的大小和測(cè)站緯度及其數(shù)據(jù)處理中運(yùn)用的數(shù)據(jù)權(quán)重具有直接聯(lián)系。因此，雖然可以忽視測(cè)站氣溫偏差對(duì)測(cè)站位置的影響，不過GPS定位結(jié)果精準(zhǔn)程度將隨著測(cè)站氣溫的上升而下降。

一、測(cè)站氣象三要素和對(duì)流層天頂延遲之間的關(guān)系

對(duì)流層延遲通?？梢员硎緸椋?（1），

在此式當(dāng)中，△p 代表信號(hào)的對(duì)流層路徑延遲；ds代表信號(hào)傳播途徑中的距離微分增量；而n（s）與N（s）則分別代表信號(hào)傳播途徑中S處的大氣折射率與大氣折射指數(shù)，其和氣溫、氣壓以及大氣濕度具有非常緊密的聯(lián)系。一般情況下，必須先將測(cè)站天頂方向的對(duì)流層延遲加以確定，之后利用投影函數(shù)把天頂延遲投射至信號(hào)路徑方向。當(dāng)前Saastomoinen是運(yùn)用最為普遍的天頂延遲模型，即

（2），

（3），在式子當(dāng)中， （m）代表天頂干與濕延遲，P0 、T0 與 分別代表測(cè)站的氣壓（hPa）、氣溫（℃）與相對(duì)濕度（%），而 、h則是分別代表測(cè)站的緯度（°）與高程（km）。根據(jù)（2）式與（3）式即可得知，天頂干延遲和測(cè)站氣壓為線性關(guān)系，因此，測(cè)站氣壓的測(cè)量出現(xiàn)的誤差程度，將對(duì)天頂干延遲的估算誤差產(chǎn)生直接影響。天頂濕延遲會(huì)根據(jù)氣溫上升而近似指數(shù)遞增，也就是在一樣的氣溫測(cè)量誤差情況下，測(cè)站氣溫越高，那么就會(huì)在更大程度上影響到天頂濕延遲。

在靜態(tài)定位中，觀測(cè)時(shí)間段的測(cè)站氣象要素變化致使天頂延遲變化，尤其是大氣當(dāng)中的水汽成分在時(shí)間上發(fā)生的劇烈變化，以至使天頂濕延遲也隨之出現(xiàn)劇烈變化，并且沒有規(guī)律可以遵循，這也是對(duì)定位精度產(chǎn)生影響的關(guān)鍵因素。所以，在高精度的GPS靜態(tài)定位中，一般會(huì)將對(duì)流層天頂延遲參數(shù)引進(jìn)，進(jìn)而對(duì)所有指定的時(shí)間長度估計(jì)一個(gè)參數(shù)，而對(duì)流層的延遲則可以表示為：

（4），在此式當(dāng)中，F(xiàn)h（z） 與Fw（z） 分別代表天頂干、濕延遲的投影函數(shù)。

二、全球氣溫氣壓模型的改進(jìn)對(duì)GPS定位結(jié)果的影響

想要驗(yàn)證GPT2模型對(duì)氣溫與氣壓模擬的改進(jìn)，則可通過陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站實(shí)測(cè)的氣溫與氣壓做出比較。根據(jù)有關(guān)測(cè)站氣溫與氣壓的實(shí)測(cè)值、模型值可以得知，與GPT比較，GPT2和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有更好的一致性，能夠較好的將氣溫與氣壓在時(shí)間上所發(fā)生的變化模擬出來。

為了深入探究氣壓氣溫模型的改進(jìn)對(duì)定位結(jié)果產(chǎn)生的影響，選擇近些年陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站與中國四周IGS站的數(shù)據(jù)并做出有關(guān)處理。而在具體的數(shù)據(jù)處理中，則可運(yùn)用GAMIT軟件，分別通過GPT與GPT2模型獲得測(cè)站的氣溫與氣壓，進(jìn)而利用Saastomoinen模型將測(cè)站先驗(yàn)天頂延遲計(jì)算出來，同時(shí)在這一前提條件下每2個(gè)小時(shí)對(duì)一個(gè)天頂延遲參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。經(jīng)過對(duì)兩組處理結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用不一樣的氣溫氣壓模型對(duì)測(cè)站位置水平分量產(chǎn)生的影響雖然可以忽略，不過對(duì)于垂向分量所產(chǎn)生的影響則十分明顯。

如若把GPT2模型結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)，那么因?yàn)樘祉斞舆t與測(cè)站垂向位置的高相關(guān)性，先驗(yàn)天頂延遲出現(xiàn)的偏差，其實(shí)會(huì)致使一些觀測(cè)信號(hào)在天頂延遲參數(shù)與垂向位置參數(shù)間的分配不能夠達(dá)到合理化，進(jìn)而致使測(cè)站垂向位置出現(xiàn)偏差。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)研究各個(gè)測(cè)站先驗(yàn)天頂延遲偏差至垂向位置偏差的傳播比率得知，其的確和測(cè)站的緯度與數(shù)據(jù)處理過程中所運(yùn)用的數(shù)據(jù)權(quán)重具有密切聯(lián)系。此外，因先驗(yàn)天頂延遲偏差的周期性變化，而致使的測(cè)站垂向位置偏差也具有較為顯著的周期性變化，由此則可證明，以往通過GPS所觀測(cè)的垂向周期性變化，并不是所有都為真實(shí)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。

三、測(cè)站氣溫對(duì)定位精準(zhǔn)程度的影響

在對(duì)流層天頂延遲當(dāng)中，大概90%都是來源于干延遲，所以和測(cè)站氣壓具有密切聯(lián)系。與氣壓相比，測(cè)站氣溫對(duì)于天頂延遲并沒有做出較大貢獻(xiàn)（因?yàn)樵跍囟雀哌_(dá)40℃的時(shí)候，也僅只有0.35米），其誤差導(dǎo)致的天頂延遲偏差同樣也能夠被引進(jìn)的參數(shù)吸收，對(duì)于測(cè)站位置的估計(jì)不會(huì)產(chǎn)生任何影響。不過，天頂延遲參數(shù)模擬通常是一定時(shí)期以內(nèi)天頂濕延遲產(chǎn)生變化的平均值，因而每一觀測(cè)時(shí)間的天頂濕延遲對(duì)于平均值產(chǎn)生的變化，其實(shí)也正是在一定程度上加大了觀測(cè)值的偶然誤差。因?yàn)樘祉敐裱舆t會(huì)根據(jù)測(cè)站氣溫的上升而快速增長，所以測(cè)站氣溫更高，那么來自天頂濕延遲變化的觀測(cè)值所出現(xiàn)的偶然誤差便會(huì)更大，從而使定位結(jié)果的精準(zhǔn)程度隨之下降。

結(jié)束語：

在GPS定位中，對(duì)流層延遲是非常關(guān)鍵的一種誤差源，而針對(duì)對(duì)流層延遲準(zhǔn)確模型化來講，其最為主要的就是需要同步獲取GPS測(cè)站地表的氣溫與氣壓等有關(guān)氣象參數(shù)。雖然可以忽略不計(jì)測(cè)站氣溫偏差對(duì)測(cè)站位置所產(chǎn)生的影響，不過GPS定位結(jié)果的精度卻會(huì)根據(jù)測(cè)站氣溫的上升而逐漸呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。所以，想要讓定位精度得到進(jìn)一步提升，那么就必須盡可能把流動(dòng)觀測(cè)安排在氣溫相對(duì)較低的季節(jié)，或者適當(dāng)增加天頂延遲參數(shù)，從而使天頂濕延遲瞬時(shí)變化的影響可以得到有效降低。

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