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江蘇邱成機(jī)電有限公司

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英國建立的“連續(xù)運(yùn)行GPS參考站"（COGPS）系統(tǒng)的功能和目標(biāo)類似于上述CORS，但結(jié)合英國本土情況還多了一項(xiàng)監(jiān)測英倫三島周圍的海平面相對(duì)和變化的

任務(wù)。英國的COGPS由測繪局、環(huán)保局、氣象局、農(nóng)業(yè)部、海洋實(shí)驗(yàn)室共同負(fù)責(zé)。已有近30個(gè)GPS連續(xù)運(yùn)行站，今后的打算是擴(kuò)建COGPS系統(tǒng)和建立一個(gè)中心，其主要任務(wù)是傳輸、提供、歸檔、處理和分析GPS各站數(shù)據(jù)。

日本已建成全國近1200個(gè)GPS連續(xù)運(yùn)行站網(wǎng)的綜合服務(wù)系統(tǒng)。它在以監(jiān)測地殼形變、預(yù)報(bào)地震為主功能的基礎(chǔ)上，結(jié)合氣象和大氣部門開展GPS大氣學(xué)的服務(wù)。

2、GPS應(yīng)用于電離層監(jiān)測

GPS在監(jiān)測電離層方面的應(yīng)用，也是GPS空間氣象學(xué)的開端。太空中充滿了等離子體、宇宙線粒子、各種波段的電磁輻射，由于太陽常在1秒鐘內(nèi)拋出百萬噸量級(jí)的帶電物，電離層由此而受到強(qiáng)烈干擾，這是空間氣象學(xué)研究的一個(gè)對(duì)象。通過測定電離層對(duì)GPS訊號(hào)的延遲來確定在單位體積內(nèi)總自由電子含量（TEC），以建立的電離層數(shù)字模型。

GPS衛(wèi)星發(fā)射L1和L2兩個(gè)載波。由這兩個(gè)載波可以削弱電離層對(duì)GPS定位的影響，或者說可以求定電離層折射。因?yàn)檫@一折射和載波頻率有關(guān)。

當(dāng)人們建立地區(qū)或電離層數(shù)字模型時(shí)，總是假定所有自由電子含量都表示在一個(gè)單層面上、該面離地面高為H。因此，電子含量可以用在接收機(jī)和衛(wèi)星連線與此單層面交點(diǎn)（刺入點(diǎn)）處的電子含量Es表示，它可以視為E與刺入點(diǎn)處天頂距Z'的函數(shù) ，它可以將在球面上的電子濃度Es加以模型化，例如寫成經(jīng)緯度的球諧函數(shù)等，這方面有很多專家提出了各種模型。IGS提出了一種電離層地圖的交換格式（10nosphere Map Exchange Format，IONEX—Format），它的作用是使基于各種理論和技術(shù)所獲得的電離層地圖能在統(tǒng)一規(guī)格的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合和比較。電離層模型有各不相同的理論基礎(chǔ)，而取得的數(shù)據(jù)來源的技術(shù)也不同，數(shù)據(jù)覆蓋面也不完整，所以只能將IGS和各種TEC的圖和GPS衛(wèi)星訊號(hào)的差分碼偏差（differential code biases—DCBS）用IONEX形式向用戶提供，下一步將通過比較，逐步聯(lián)合起來。

3、GPS應(yīng)用于對(duì)流層監(jiān)測

在GPS應(yīng)用中，早期主要是軌道誤差影響定位精度，而且早期的GPS基線相對(duì)來說比較短，高差不大，因此對(duì)對(duì)流層的研究沒有給予很大的重視。直到由于GPS軌道精度大大提高后，對(duì)流層折射已成為限制GPS定位精度提高的一個(gè)重要障礙。假設(shè)一個(gè)高程基本為零的地區(qū)，接收機(jī)所接收的GPS訊號(hào)從天頂方向傳來的話，其延遲可以達(dá)到2．2—2．6m這一量級(jí)，而2小時(shí)內(nèi)這一延遲變化可達(dá)10cm不是少見的，也由于這個(gè)實(shí)際情況，對(duì)流層折射要顧及其隨機(jī)過程的變化來加以模型化。

在GPS應(yīng)用于對(duì)流層研究中，IGS的快速軌道和預(yù)報(bào)軌道信息對(duì)于天氣預(yù)報(bào)會(huì)起重大作用。此外，IGS通過德國GFZ的“IGS對(duì)流層比較和協(xié)調(diào)中心"提供的每2小時(shí)的對(duì)流層天頂延遲系列就象是控制點(diǎn)，對(duì)于區(qū)域性或局部性的對(duì)流層研究來說，可以起到對(duì)流層延遲值的標(biāo)定作用。

與地基GPS大氣監(jiān)測不同，星基或空基GPS掩星法測定氣象的技術(shù)有覆蓋面廣，垂直分辨好，數(shù)據(jù)獲取速度快的優(yōu)點(diǎn)。這一技術(shù)的原理是將GPS接收機(jī)放在某一低軌衛(wèi)星（LEO）或飛行器的平臺(tái)上，該GPS接收機(jī)一方面起到對(duì)該衛(wèi)星（或飛行器）精確定軌的作用，同時(shí)又應(yīng)用GPS掩星技術(shù)起到大氣探測器的作用。在1997年進(jìn)行的GPS/MET研究項(xiàng)目，證實(shí)了這個(gè)設(shè)想是可行的。預(yù)定于2000年4月發(fā)射的CHAMP衛(wèi)星要利用GPS掩星法進(jìn)行對(duì)流層折射（包括大氣可降水分）的測定。

4、GPS作為衛(wèi)星測高儀的應(yīng)用

多路徑效應(yīng)是GPS定位中的一種噪聲，是高精度GPS定位中一個(gè)很不容易解決的“干擾"。過去利用大氣對(duì)GPS信號(hào)延遲的噪聲發(fā)展了GPS大氣學(xué)，也正在利用GPS定位中的多路徑效應(yīng)發(fā)展GPS測高技術(shù)，即利用空載GPS作為測高儀進(jìn)行測高。它是通過利用海面或冰面所反射的GPS信號(hào)，求定海面或冰面地形，測定波浪形態(tài)，洋流速度和方向。通常衛(wèi)星測高或空載測高測的是一個(gè)點(diǎn)，連續(xù)測量結(jié)果在反向面上是一個(gè)截面，而GPS測高則是測量有一定寬度的帶，因此可以測定反射表面的起伏（地形）。據(jù)報(bào)告，試驗(yàn)時(shí)在空載平面安裝2臺(tái)GPS接收機(jī)，1臺(tái)天線向上用于對(duì)載體的定位，1臺(tái)天線向下，用于接收GPS在反射面上的訊號(hào)。

5、SST技術(shù)

衛(wèi)星對(duì)衛(wèi)星的追蹤（SST）技術(shù)的實(shí)質(zhì)是高分辨率的測定2顆衛(wèi)星間的距離變化，一般它分為兩類，即高低衛(wèi)星追蹤和低低衛(wèi)星追蹤。前一類是高軌衛(wèi)星（如對(duì)地靜止衛(wèi)星，GPS衛(wèi)星等）追蹤低軌（LEO）衛(wèi)星或空間飛行器，后一類是處于大體為同一低軌道（LEO）上的2顆衛(wèi)星之間的追蹤，2顆衛(wèi)星間可以相距數(shù)百千米，這兩類SST技術(shù)都將LEO衛(wèi)星作為地球重力場的傳感器，以衛(wèi)星間單向或雙向的微波測距系統(tǒng)測定衛(wèi)星間的相對(duì)速度及其變率。這一速度的不規(guī)則變化所反映的信息中，就包含了地球重力場信息。衛(wèi)星軌道愈低，這一速度變化受重力場的影響愈明顯，所反映重力場的分辨率也愈高。

這兩類SST技術(shù)中，以高低衛(wèi)星追蹤所獲得的信息比較豐富，這是因?yàn)椋?/p>

高軌衛(wèi)星，特別是有多個(gè)高軌衛(wèi)星（如GPS）能獲得低軌衛(wèi)星處于大部分軌道上所傳遞的信息；（2）對(duì)地面重力場的中波、長波、短波信息都能恢復(fù)；（3）不同于低軌衛(wèi)星，高軌衛(wèi)星受重力場影響比較小，因此衛(wèi)星間速度變化能比較好的反映重力場信息，同時(shí)高衛(wèi)星的軌道也比較容易精確的求定。

SST技術(shù)的次試驗(yàn)是在1975年進(jìn)行的，高軌衛(wèi)星是對(duì)地靜止衛(wèi)星（GEO)ETS一6，而低軌衛(wèi)星為NIMBUS—6和APOLLO—SYYUS，但由于觀測值的分辨率和精度太低（低于10μm/s），而沒有取得很滿意的成果，因此NASA放棄了此項(xiàng)研究；一直到1991年，利用GPS衛(wèi)星作高軌衛(wèi)星再次進(jìn)行了試驗(yàn)，用LANDSAT作為低軌衛(wèi)星，在該衛(wèi)星平面上裝GPS接收機(jī)，進(jìn)行定軌和測定高低衛(wèi)星間距離及其變率的試驗(yàn)，后來在T/P海洋測高衛(wèi)星上也作過類似試驗(yàn)，也由于測定距離及其變率的分辨率和精度不高，而沒有令人滿意的結(jié)果；這次歐空局(ESA）在德國（GFZ）主持下所發(fā)射的CHAMP，GRACE和GOCE3顆衛(wèi)星，在今后10年中將專門進(jìn)行SST和衛(wèi)星重力梯度測量(SGG）的試驗(yàn)，以改善對(duì)地球重力場的認(rèn)識(shí)。

IGS認(rèn)為持續(xù)地支持低軌衛(wèi)星（LEO）是它的一項(xiàng)重要任務(wù)方面，因此專門建立了LEO工作組。LEO工作組制定了工作計(jì)劃，并提出了一些建議：①建立IGS為追蹤LEO的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化地面站網(wǎng)，以滿足LEO的要求；②IGS以短于24小時(shí)速率，對(duì)這些地面站網(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和處理，提供LEO所需要的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品；③為地面站網(wǎng)的GPS 1 Hz采樣率數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)交換格式；④了解調(diào)查IGS精密軌道對(duì)LEO平臺(tái)上GPS數(shù)據(jù)采集的作用和意義。

1994年GPS就全面進(jìn)入正式運(yùn)行，該系統(tǒng)由21顆衛(wèi)星組成，分別沿6個(gè)軌道平面運(yùn)行，還有3顆衛(wèi)星一直處于熱備份狀態(tài)，總計(jì)24顆.但在軌道上運(yùn)行的GPS衛(wèi)星總數(shù)實(shí)際上是變動(dòng)的，在1998年就有27顆GPS衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行.若從與赤道面55°傾角算個(gè)軌道面，則其他5個(gè)軌道面均以此為基礎(chǔ)，彼此各以60°角度相交.

關(guān)于對(duì)GPS星鐘偏差方面的估計(jì)，只有兩個(gè)IGS分析中心提供.IGS近200個(gè)連續(xù)運(yùn)行的跟蹤站中，使用的外部頻率標(biāo)準(zhǔn)近70個(gè)，其中約30個(gè)使用氫鐘，約20個(gè)使用銫原子鐘，約20個(gè)使用銣原子鐘，其余的使用GPS內(nèi)部的晶體震蕩器.

IGS還提供極移和世界時(shí)信息。.IGS公布的最終的每日極坐標(biāo)（x,y），其精度為±0. 1mas，快報(bào)的相應(yīng)精度為±0. 2mas。GPS作為一種空間大地測量技術(shù)，本身并不具備測定世界時(shí)的功能，但由于一方面GPS衛(wèi)星軌道參數(shù)和UT相關(guān)，另一方面也和測定地球自轉(zhuǎn)速率有關(guān)，而自轉(zhuǎn)速率又是UT的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，因此IGS仍能給出每天的日長（LOD）值.IGS還能進(jìn)一步求定章動(dòng)項(xiàng)和高分辨率的極移，后者主要源于IGS各觀測站觀測質(zhì)量的提高，數(shù)據(jù)傳輸迅速和及時(shí)，以及數(shù)據(jù)處理方法的改進(jìn)，并沒有本質(zhì)的改變，而前者卻是技術(shù)上的一個(gè)跨躍.

IGS提供的一個(gè)極為有用和重要的信息是IGS的那些連續(xù)運(yùn)行站（跟蹤站）的坐標(biāo)，相應(yīng)的框架，歷元和站移動(dòng)速率，前者精度好于1cm，后者精度好于1mm a.IGS站坐標(biāo)所采用的坐標(biāo)參考框架是和IER S互相協(xié)調(diào)的。1993年末開始使用ITR F91,1994年使用ITR F92,1995年到1996年中期使用ITR F93，1996年中期到1998年4月一直使用ITR F94,1998年3月1日轉(zhuǎn)而采用ITR F96,1999年8月1日開始IGS采用1TR F97。

IGS在測定短期章動(dòng)方面的新貢獻(xiàn)。地球自轉(zhuǎn)軸在地球表面上的移動(dòng)稱為極移，而它在慣性空間中的運(yùn)動(dòng)稱為歲差和章動(dòng)。GPS技術(shù)不能確定UT，而只能確定日長。.同樣這一原則也適用于章動(dòng)，即GPS數(shù)據(jù)不能測定章動(dòng)的經(jīng)度和傾角，但能確定這些量的時(shí)間變率（

對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)）。

總之，GPS今后的發(fā)展將體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）衛(wèi)星系統(tǒng)的更新與多個(gè)衛(wèi)星定位系統(tǒng)共存，將明顯改善衛(wèi)星導(dǎo)航定位的精度和可靠性。

（2）雙頻高精度測地型接收機(jī)將繼續(xù)高度壟斷在幾個(gè)技術(shù)的GPS廠家手中，美國將繼續(xù)保持其優(yōu)勢。

（3） 單頻測地型接收機(jī)和導(dǎo)航接收機(jī)OEM板產(chǎn)業(yè)將擴(kuò)散到世界各地，雖是低檔次的GPS產(chǎn)品 ，但用途廣、用戶多、市場大。美國把GPS單頻OEM板的生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓出口，因而推動(dòng)了世界各地企業(yè)投資GPS OEM的生產(chǎn)。

（4） 陸地導(dǎo)航定位產(chǎn)品將成為發(fā)展最快的GPS產(chǎn)業(yè)。

（5） 21世紀(jì)后定位系統(tǒng)將向著多系統(tǒng)相互競爭與補(bǔ)充的方向發(fā)展。

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