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江蘇邱成機電有限公司

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英國建立的“連續運行GPS參考站"（COGPS）系統的功能和目標類似于上述CORS，但結合英國本土情況還多了一項監測英倫三島周圍的海平面相對和變化的

任務。英國的COGPS由測繪局、環保局、氣象局、農業部、海洋實驗室共同負責。已有近30個GPS連續運行站，今后的打算是擴建COGPS系統和建立一個中心，其主要任務是傳輸、提供、歸檔、處理和分析GPS各站數據。

日本已建成全國近1200個GPS連續運行站網的綜合服務系統。它在以監測地殼形變、預報地震為主功能的基礎上，結合氣象和大氣部門開展GPS大氣學的服務。

2、GPS應用于電離層監測

GPS在監測電離層方面的應用，也是GPS空間氣象學的開端。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秒鐘內拋出百萬噸量級的帶電物，電離層由此而受到強烈干擾，這是空間氣象學研究的一個對象。通過測定電離層對GPS訊號的延遲來確定在單位體積內總自由電子含量（TEC），以建立的電離層數字模型。

GPS衛星發射L1和L2兩個載波。由這兩個載波可以削弱電離層對GPS定位的影響，或者說可以求定電離層折射。因為這一折射和載波頻率有關。

當人們建立地區或電離層數字模型時，總是假定所有自由電子含量都表示在一個單層面上、該面離地面高為H。因此，電子含量可以用在接收機和衛星連線與此單層面交點（刺入點）處的電子含量Es表示，它可以視為E與刺入點處天頂距Z'的函數 ，它可以將在球面上的電子濃度Es加以模型化，例如寫成經緯度的球諧函數等，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所獲得的電離層地圖能在統一規格的基礎上進行綜合和比較。電離層模型有各不相同的理論基礎，而取得的數據來源的技術也不同，數據覆蓋面也不完整，所以只能將IGS和各種TEC的圖和GPS衛星訊號的差分碼偏差（differential code biases—DCBS）用IONEX形式向用戶提供，下一步將通過比較，逐步聯合起來。

3、GPS應用于對流層監測

在GPS應用中，早期主要是軌道誤差影響定位精度，而且早期的GPS基線相對來說比較短，高差不大，因此對對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，對流層折射已成為限制GPS定位精度提高的一個重要障礙。假設一個高程基本為零的地區，接收機所接收的GPS訊號從天頂方向傳來的話，其延遲可以達到2．2—2．6m這一量級，而2小時內這一延遲變化可達10cm不是少見的，也由于這個實際情況，對流層折射要顧及其隨機過程的變化來加以模型化。

在GPS應用于對流層研究中，IGS的快速軌道和預報軌道信息對于天氣預報會起重大作用。此外，IGS通過德國GFZ的“IGS對流層比較和協調中心"提供的每2小時的對流層天頂延遲系列就象是控制點，對于區域性或局部性的對流層研究來說，可以起到對流層延遲值的標定作用。

與地基GPS大氣監測不同，星基或空基GPS掩星法測定氣象的技術有覆蓋面廣，垂直分辨好，數據獲取速度快的優點。這一技術的原理是將GPS接收機放在某一低軌衛星（LEO）或飛行器的平臺上，該GPS接收機一方面起到對該衛星（或飛行器）精確定軌的作用，同時又應用GPS掩星技術起到大氣探測器的作用。在1997年進行的GPS/MET研究項目，證實了這個設想是可行的。預定于2000年4月發射的CHAMP衛星要利用GPS掩星法進行對流層折射（包括大氣可降水分）的測定。

4、GPS作為衛星測高儀的應用

多路徑效應是GPS定位中的一種噪聲，是高精度GPS定位中一個很不容易解決的“干擾"。過去利用大氣對GPS信號延遲的噪聲發展了GPS大氣學，也正在利用GPS定位中的多路徑效應發展GPS測高技術，即利用空載GPS作為測高儀進行測高。它是通過利用海面或冰面所反射的GPS信號，求定海面或冰面地形，測定波浪形態，洋流速度和方向。通常衛星測高或空載測高測的是一個點，連續測量結果在反向面上是一個截面，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）。據報告，試驗時在空載平面安裝2臺GPS接收機，1臺天線向上用于對載體的定位，1臺天線向下，用于接收GPS在反射面上的訊號。

5、SST技術

衛星對衛星的追蹤（SST）技術的實質是高分辨率的測定2顆衛星間的距離變化，一般它分為兩類，即高低衛星追蹤和低低衛星追蹤。前一類是高軌衛星（如對地靜止衛星，GPS衛星等）追蹤低軌（LEO）衛星或空間飛行器，后一類是處于大體為同一低軌道（LEO）上的2顆衛星之間的追蹤，2顆衛星間可以相距數百千米，這兩類SST技術都將LEO衛星作為地球重力場的傳感器，以衛星間單向或雙向的微波測距系統測定衛星間的相對速度及其變率。這一速度的不規則變化所反映的信息中，就包含了地球重力場信息。衛星軌道愈低，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技術中，以高低衛星追蹤所獲得的信息比較豐富，這是因為：

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

SST技術的次試驗是在1975年進行的，高軌衛星是對地靜止衛星（GEO)ETS一6，而低軌衛星為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放棄了此項研究；一直到1991年，利用GPS衛星作高軌衛星再次進行了試驗，用LANDSAT作為低軌衛星，在該衛星平面上裝GPS接收機，進行定軌和測定高低衛星間距離及其變率的試驗，后來在T/P海洋測高衛星上也作過類似試驗，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果；這次歐空局(ESA）在德國（GFZ）主持下所發射的CHAMP，GRACE和GOCE3顆衛星，在今后10年中將專門進行SST和衛星重力梯度測量(SGG）的試驗，以改善對地球重力場的認識。

IGS認為持續地支持低軌衛星（LEO）是它的一項重要任務方面，因此專門建立了LEO工作組。LEO工作組制定了工作計劃，并提出了一些建議：①建立IGS為追蹤LEO的相應標準化地面站網，以滿足LEO的要求；②IGS以短于24小時速率，對這些地面站網的數據進行傳輸和處理，提供LEO所需要的數據和產品；③為地面站網的GPS 1 Hz采樣率數據建立相應的GPS數據交換格式；④了解調查IGS精密軌道對LEO平臺上GPS數據采集的作用和意義。

1994年GPS就全面進入正式運行，該系統由21顆衛星組成，分別沿6個軌道平面運行，還有3顆衛星一直處于熱備份狀態，總計24顆.但在軌道上運行的GPS衛星總數實際上是變動的，在1998年就有27顆GPS衛星在軌道上運行.若從與赤道面55°傾角算個軌道面，則其他5個軌道面均以此為基礎，彼此各以60°角度相交.

關于對GPS星鐘偏差方面的估計，只有兩個IGS分析中心提供.IGS近200個連續運行的跟蹤站中，使用的外部頻率標準近70個，其中約30個使用氫鐘，約20個使用銫原子鐘，約20個使用銣原子鐘，其余的使用GPS內部的晶體震蕩器.

IGS還提供極移和世界時信息。.IGS公布的最終的每日極坐標（x,y），其精度為±0. 1mas，快報的相應精度為±0. 2mas。GPS作為一種空間大地測量技術，本身并不具備測定世界時的功能，但由于一方面GPS衛星軌道參數和UT相關，另一方面也和測定地球自轉速率有關，而自轉速率又是UT的時間導數，因此IGS仍能給出每天的日長（LOD）值.IGS還能進一步求定章動項和高分辨率的極移，后者主要源于IGS各觀測站觀測質量的提高，數據傳輸迅速和及時，以及數據處理方法的改進，并沒有本質的改變，而前者卻是技術上的一個跨躍.

IGS提供的一個極為有用和重要的信息是IGS的那些連續運行站（跟蹤站）的坐標，相應的框架，歷元和站移動速率，前者精度好于1cm，后者精度好于1mm a.IGS站坐標所采用的坐標參考框架是和IER S互相協調的。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在測定短期章動方面的新貢獻。地球自轉軸在地球表面上的移動稱為極移，而它在慣性空間中的運動稱為歲差和章動。GPS技術不能確定UT，而只能確定日長。.同樣這一原則也適用于章動，即GPS數據不能測定章動的經度和傾角，但能確定這些量的時間變率（

對時間的導數）。

總之，GPS今后的發展將體現在以下幾方面：

（1）衛星系統的更新與多個衛星定位系統共存，將明顯改善衛星導航定位的精度和可靠性。

（2）雙頻高精度測地型接收機將繼續高度壟斷在幾個技術的GPS廠家手中，美國將繼續保持其優勢。

（3） 單頻測地型接收機和導航接收機OEM板產業將擴散到世界各地，雖是低檔次的GPS產品 ，但用途廣、用戶多、市場大。美國把GPS單頻OEM板的生產技術轉讓出口，因而推動了世界各地企業投資GPS OEM的生產。

（4） 陸地導航定位產品將成為發展最快的GPS產業。

（5） 21世紀后定位系統將向著多系統相互競爭與補充的方向發展。

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