魯茜

摘 要：在對GPS技術的研究過程中，流層折射延遲的改善與模擬始終都是重點研究對象。全球氣壓氣溫（GPT）模型與全球投影函數(shù)（GMF）對于GPS定位的垂直偏差與年周偽信號具有重大影響，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結合在一起而形成，因此，和GPT與GMF進行比較，GPT2的時空變異性更加突出。本文主要根據(jù)國內基準站實測的氣壓氣溫數(shù)據(jù)驗證GPT2的具體精度，進而對測站氣溫與氣壓對GPS定位結果的影響做出了深入探究。

關鍵詞：測站氣溫與氣壓；全球氣壓氣溫模型；對流層延遲

分別采用全球氣壓氣溫模型OPT與GPT2對一樣的連續(xù)觀測站數(shù)據(jù)進行處理，經(jīng)過比較兩組測站位置估值發(fā)現(xiàn)，延遲參數(shù)無法完全吸收因測站氣壓偏差而致使的先驗天頂延遲偏差，進而使得測站垂向位置產(chǎn)生偏差，而且偏差的大小和測站緯度及其數(shù)據(jù)處理中運用的數(shù)據(jù)權重具有直接聯(lián)系。因此，雖然可以忽視測站氣溫偏差對測站位置的影響，不過GPS定位結果精準程度將隨著測站氣溫的上升而下降。

一、測站氣象三要素和對流層天頂延遲之間的關系

對流層延遲通?？梢员硎緸椋?（1），

在此式當中，△p 代表信號的對流層路徑延遲；ds代表信號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，必須先將測站天頂方向的對流層延遲加以確定，之后利用投影函數(shù)把天頂延遲投射至信號路徑方向。當前Saastomoinen是運用最為普遍的天頂延遲模型，即

（2），

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

在靜態(tài)定位中，觀測時間段的測站氣象要素變化致使天頂延遲變化，尤其是大氣當中的水汽成分在時間上發(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，這也是對定位精度產(chǎn)生影響的關鍵因素。所以，在高精度的GPS靜態(tài)定位中，一般會將對流層天頂延遲參數(shù)引進，進而對所有指定的時間長度估計一個參數(shù)，而對流層的延遲則可以表示為：

（4），在此式當中，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對GPS定位結果的影響

想要驗證GPT2模型對氣溫與氣壓模擬的改進，則可通過陸態(tài)網(wǎng)絡基準站實測的氣溫與氣壓做出比較。根據(jù)有關測站氣溫與氣壓的實測值、模型值可以得知，與GPT比較，GPT2和實測數(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對定位結果產(chǎn)生的影響，選擇近些年陸態(tài)網(wǎng)絡基準站與中國四周IGS站的數(shù)據(jù)并做出有關處理。而在具體的數(shù)據(jù)處理中，則可運用GAMIT軟件，分別通過GPT與GPT2模型獲得測站的氣溫與氣壓，進而利用Saastomoinen模型將測站先驗天頂延遲計算出來，同時在這一前提條件下每2個小時對一個天頂延遲參數(shù)進行估計。經(jīng)過對兩組處理結果的比較發(fā)現(xiàn)，運用不一樣的氣溫氣壓模型對測站位置水平分量產(chǎn)生的影響雖然可以忽略，不過對于垂向分量所產(chǎn)生的影響則十分明顯。

如若把GPT2模型結果作為標準，那么因為天頂延遲與測站垂向位置的高相關性，先驗天頂延遲出現(xiàn)的偏差，其實會致使一些觀測信號在天頂延遲參數(shù)與垂向位置參數(shù)間的分配不能夠達到合理化，進而致使測站垂向位置出現(xiàn)偏差。經(jīng)過統(tǒng)計研究各個測站先驗天頂延遲偏差至垂向位置偏差的傳播比率得知，其的確和測站的緯度與數(shù)據(jù)處理過程中所運用的數(shù)據(jù)權重具有密切聯(lián)系。此外，因先驗天頂延遲偏差的周期性變化，而致使的測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所觀測的垂向周期性變化，并不是所有都為真實的運動信號。

三、測站氣溫對定位精準程度的影響

在對流層天頂延遲當中，大概90%都是來源于干延遲，所以和測站氣壓具有密切聯(lián)系。與氣壓相比，測站氣溫對于天頂延遲并沒有做出較大貢獻（因為在溫度高達40℃的時候，也僅只有0.35米），其誤差導致的天頂延遲偏差同樣也能夠被引進的參數(shù)吸收，對于測站位置的估計不會產(chǎn)生任何影響。不過，天頂延遲參數(shù)模擬通常是一定時期以內天頂濕延遲產(chǎn)生變化的平均值，因而每一觀測時間的天頂濕延遲對于平均值產(chǎn)生的變化，其實也正是在一定程度上加大了觀測值的偶然誤差。因為天頂濕延遲會根據(jù)測站氣溫的上升而快速增長，所以測站氣溫更高，那么來自天頂濕延遲變化的觀測值所出現(xiàn)的偶然誤差便會更大，從而使定位結果的精準程度隨之下降。

結束語：

在GPS定位中，對流層延遲是非常關鍵的一種誤差源，而針對對流層延遲準確模型化來講，其最為主要的就是需要同步獲取GPS測站地表的氣溫與氣壓等有關氣象參數(shù)。雖然可以忽略不計測站氣溫偏差對測站位置所產(chǎn)生的影響，不過GPS定位結果的精度卻會根據(jù)測站氣溫的上升而逐漸呈現(xiàn)出下降趨勢。所以，想要讓定位精度得到進一步提升，那么就必須盡可能把流動觀測安排在氣溫相對較低的季節(jié)，或者適當增加天頂延遲參數(shù)，從而使天頂濕延遲瞬時變化的影響可以得到有效降低。

參考文獻：

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[2]邢喜民， 李桂榮， 張濤. GPS垂直分量與溫度、氣壓的相關性分析及影響機制探討[J]. 地震， 2016， 36（1）：117-125.