利用地基GPS测量大气水汽廓线的方法
利用GPS探测水汽
利用GPS探测水汽来源：计算机与信息技术作者：发表时间：2009-12-08 22:24:45 计算机与信息技术摘要 GPS探测水汽是一种新的水汽遥感方法，GPS卫星信号向地基GPS接收机传播过程中受大气水汽的影响产生延时，信号的延时又是和大气的结构相关的，而延时又对降水产生影响。
本文从几个方面分析了影响GPS探测水汽的因素。
关键词 GPS、延时、降水1 引言水汽是大气的基本参量。
卫星探测水汽含量的基本方法是用微波辐射计 (如NOAA的AMSU)，近红外和热红外波段探测,而地基GPS遥感大气水汽技术是九十年代发展起来的一种全新的大气观测手段。
它利用地基高精度GPS 接收机，通过测量GPS信号在大气中湿延迟量的大小来遥感大气中水汽总量。
下面首先介绍一下其原理2 探测水汽的原理和方法GPS技术通过观测GPS卫星信号传输到GPS接收机的时间来测量接收机天线的位置，卫星信号经过大气层时，要受到大气的折射而延迟，将该延迟量作为待定参数引入到观测模型和解算方案中，逐项考虑误差来源和消除办法，精密的大气延迟量（毫米级）可以与定位参数一同求解出来。
大气延迟量可划分为电离层延迟、静力延迟和湿项延迟。
通过采用双频技术，可以将电离层延迟几乎完全消除。
静力延迟与地面观测量（气压）具有很好的相关，可以订正到毫米量级。
这样就得到了毫米量级的湿项延迟。
湿项延迟与水汽总量（PW）可建立严格的正比关系，精确的水汽总量就求解出来。
应用MIT的GAMIT软件进行解算。
软件要求试验采用双频载波相位观测，应用差分法以消除源于卫星钟和接收机钟的误差，同时可采用“轨道松弛法”，以对轨道的准确度进行修正和调整。
此外还有反演方法即：利用接收更高空之GPS卫星发出来的讯号，强度与路径的变化，反推出电离层电浆密度的三维空间分布“照片”，以及大气的水汽的三维空间分布。
采用载波相位观测产生的主要难题是载波相位的整周未知数N0的出现。
N0一般采用“三差法”来确定，即不仅通过同一接收机对两颗卫星求差来消除接收机钟差和同一卫星对不同的接收机求差来消除卫星钟差，还通过连续观测历元的求差来确定整周未知数N0。
GPS探测大气水汽含量的研究
GPS探测大气水汽含量的研究一．探测水汽含量的常规技术1．常规气球探空观测目前地球大气参数的廓线分布，大气水汽观测资料主要依靠每天两次的标准观测，其主要局限是：无线电探空气球观测在全球的分布很不均匀，测站密度过稀，在海洋上空甚至没有资料，相邻两次探测之间间隔时间过长，探测的精度不能满足水汽时间空间多变性的要求，且维持这一观测系统的本钱也在不断增加。
2．水汽微波辐射计(Water Vapor Radiometer-WVR)提供了依靠所测亮温反演扫描方向积分水汽总量和积分液水总量的手段。
3．星载微波辐射计测量地球提供的热背景下相应的吸收线，由于地表温度的多变性而呈现复杂性，应用于洋面的遥感比应用于陆地更为适用。
同时由于云的存在使这种应用受到限制。
地基微波辐射计不受低的中等覆盖云量的影响，但云量较多时同样受到影响。
降水发生时雨滴的存在对于辐射的影响以及雨滴打湿仪器天线的影响，使得微波辐射计这时很难提供可用的数据。
极轨卫星所载辐射计提供很好的空间分辨率但比拟差的时间分辨率，而地基辐射计正好相反。
4．激光雷达费用昂贵，而且不能全天候观测，难以大范围密集设置站网和实现观测业务化。
5．卫星红外辐射计可以观测大气亮温、估算大气积分可降水分(IPW),能覆盖全球范围，但也只能局限于晴空区域的监测。
二．GPS气象学的开展GPS气象学(GPS/ METeorology,简写为GPS/MET)是近十年来蓬勃开展起来的，由卫星动力学、大地测量学、地球物理学和气象学穿插派生出的新兴边缘学科。
发源于美国，在 2 0世纪80年代，美国的Davis、Herring、Askne,Nordius 等人在该领域做了许多理论上的研究并进展了屡次试验，为其开展奠定了理论根底。
后来，Bevis和Businger等人进展了较全面的研究，1992年提出了采用地基GPS技术探测大气水汽含量的原理。
结合掩星技术通过对大气折射率的遥感来反演大气的温湿特性，他们的研究成果促进了GPS气象学的新进展。
地基GPS测量大气水汽原理
国铁 C80 车的使用。 在改进生产、 加工工艺的前提下， 根据煤质情况做好 配采、 接续工作， 充分调动生产、 加 回采工作面的布置、 工、 储装、 销售部门的积极性， 做好各个环节的管理和协 真正做到各部门全程参与销售工作， 互相监督。 调工作， 3、 集装站运营后， 未办理新的证照， 原证照一并移 交， 考虑到税收因素， 运销处在土右区域进行的销售活 动仍需使用其证照、 印鉴、 账户等手续， 在合同签订、 煤 款入账、 余款退还、 业务结算、 税票开具时极为不便， 且 易造成不良后果。 业务衔接存在纰漏， 4、 李家壕能否如期运行， 将成为能否完成今年销 售计划的关键。 5、 经济学家分析，2012 年“通胀压力依旧， 经济增 。作为煤炭企业下游的钢铁、 速减慢” 电力等企业的运 营堪忧。因此我们需对 2012 年商品煤的生产结构、 市场 流向、 运力配置、 利润预期要有一个切合实际的计划。 6、 外购煤销售仍是我公司经营活动中不可或缺的 重要部分。我们认为应该在激励机制、 管理制度、 环节 管控等方面进一步强化， 创造更大的效益。 九、 做好销售工作应采取的措施 “大销售” 利用集团 优势， 从公司实际出发， 制定有 效的、 切实可行的措施， 把前瞻性的工作做细、 做足、 做 实， 力求全面实现完成 2012 年销售目标。 1、 进一步强化商品煤煤质管理工作， 确保煤质始 终处于可控状态下， 自 2008 年 7 月份以来， 随着风选、 洗选、 煤泥干燥手段的逐步到位， 我公司的商品煤煤质 受到用户好评。 随着李家壕矿的投产， 由于 稳中有升， ， ， 其煤炭的自身特性 导致其原煤入洗后 泥 化 现 象 严 重， 从而对洗煤系统的正常运行及洗出产品的质量影 响很大， 势必会影响到煤矿的生产和产品的销售。 如 何解决李家壕煤矿自产商品煤的质量问题将成为我公 司 2011 年销售工作的重中之重。 2、 外购商品煤资源量的充足与否， 始终是制约我 ， 2012 年我公司安排外购 公司销售工作的一个“瓶颈 ” 煤销售 455 万吨， 占销售总量的一半以上， 必须要站在 一个战略高度来谋划此事， 才能从根本上打破外购煤 “瓶颈” ， 源这个 顺利实现销售计划。 3、 充分利用萨拉齐集装站成为呼铁局万吨列车战 略装车站点的优势， 积极协调各方关系， 利用国铁 C80 车 体实现外运， 弥补自备车动力严重紧张的缺口。 4、 进一步加强与销售中心各部门的联系、 沟通、 协 调， 力求实现市场、 铁路、 港口资源最大程度共享， 以最 低运营成本获得最大的效益。 5、 采取迅速快捷的方式， 掌握市场信息， 及时与用 ， ， 户沟通协调 赢得市场主动性 随时调整销售战略， 确 达到主动、 有效出击。 保销售渠道畅通， 总之， 神华包头矿业公司的经营首次出现盈余， 开 “造血型企业 ” 始由一个 “输血型企业” 向 转型。 目前， 自身抵御各类风险的能力较弱， 处于 “扶上马送一程 ” 的关键时期， 需要集团公司的大力支持， 需要我们精诚 协作， 同舟共济， 发奋图强， 做出不懈的努力。
地基GPS网对水汽三维分布的监测及其在气象学中的应用
地基GPS网对水汽三维分布的监测及其在气象学中的应用地基GPS网对水汽三维分布的监测及其在气象学中的应用随着科技的不断发展，全球定位系统（GPS）已经被广泛应用于各个领域。
作为一种有效的无线定位技术，GPS能够提供高精度的位置信息，但是，我们是否知道GPS还可以用来监测水汽在大气中的三维分布呢？地基GPS网正是利用GPS技术，通过对GPS信号的观测和分析，实现对水汽分布的监测，并在气象学中发挥着重要的作用。
水汽是大气中最重要的气体之一，它对天气和气候的形成和变化具有重要影响。
传统的气象观测方法主要是利用气象探空观测仪和气象雷达等设备，这些设备在空间范围和时间分辨率上都存在一定的局限性。
而地基GPS网通过分布在地球表面的GPS接收机，能够实时、全天候地获取GPS信号，并通过对信号的延迟和相位变化进行精确计算，推导出大气中水汽的含量和分布。
相对于传统观测方法，地基GPS网具有观测范围广、数据采集方便等优势。
地基GPS网对水汽三维分布的监测主要基于GPS信号的传播特性。
当GPS信号穿过大气时，会受到大气中水汽分子的吸收和散射的影响，导致信号的延迟和相位变化。
通过监测这些变化，我们就能够推算出大气中水汽的含量和分布情况。
在GPS信号的监测过程中，还需要考虑到地球上的地理特性、大气折射等因素，以保证数据的精确性和可靠性。
在气象学中，地基GPS网具有广泛的应用价值。
首先，地基GPS网监测水汽三维分布的数据可以用于大气温湿廓线的反演。
传统的气象探空观测需要使用气球等设备，而地基GPS网可以实现全天候、连续的观测，为温湿廓线的反演提供了更多的数据支持。
其次，地基GPS网还可以用于天气预报和气象灾害预警。
通过实时监测水汽分布的变化，及时预警暴雨、干旱等灾害天气，为人们的生活和生产提供重要的参考。
此外，地基GPS网还可以用于气候研究，为气候变化和全球气候模型提供数据支持。
然而，地基GPS网在水汽三维分布监测中也存在一些挑战和限制。
地基GPS网对水汽三维分布的监测及其在气象学中的应用
地基GPS网对水汽三维分布的监测及其在气象学中的应用地基GPS网对水汽三维分布的监测及其在气象学中的应用近年来，地基全球定位系统（GPS）技术的发展使得人们可以通过GPS设备准确测量地球大气层中的水汽含量。
地基GPS网是一种由多个GPS接收器组成的网络，可以实时监测大气中的水汽分布。
这项技术在气象学中具有广泛的应用，能够提供对天气、气候和水文循环等方面的深入理解。
地球大气层中的水汽是气象系统的重要组成部分。
它对气候和天气的形成和变化有着重要影响。
了解水汽在空间和时间上的分布对气象学研究至关重要。
传统的水汽观测方法主要包括气象球观测和遥感技术，但这些方法在空间和时间上的分辨率有限，且成本较高。
而地基GPS网技术可以提供更为准确和实时的水汽含量数据，为气象学研究提供了新的工具和方法。
地基GPS网是一种由多个GPS接收器布设在地表上的网络，接收器通过测量卫星信号在大气层中传播过程中的延迟来反演大气中的水汽含量。
由于GPS信号穿过大气层时会受到延迟，这种延迟与大气层中的水汽量成正比。
通过对多个GPS接收器的观测数据进行处理和分析，可以获得大范围的水汽含量分布。
这种技术的优势在于其观测精度高、空间分辨率高、成本相对较低，并且可以实时监测。
地基GPS网技术在气象学中有着广泛的应用。
首先，它可以提供对天气系统中水汽的垂直分布的详细信息。
通过观测GPS信号的延迟变化，可以获得不同高度上的水汽含量分布，进一步了解水汽的垂直输送和水汽对天气系统的影响。
其次，地基GPS网技术能够提供实时和高精度的水汽含量数据，为天气预报和短期气象预测提供重要依据。
水汽是暴雨和强对流天气的重要能量来源，准确估计和预报水汽含量对预警和防灾有着重要意义。
再次，地基GPS网可以监测水汽在大气中的变化和运动，为研究气候变化和水循环提供数据支持。
地基GPS网对水汽三维分布的监测也面临着一些挑战和问题。
首先，地基GPS网的覆盖范围相对有限，无法实时监测全球范围内的水汽分布。
利用GPS探测水汽
利用GPS探测水汽来源：计算机与信息技术作者：发表时间：2009-12-08 22:24:45 计算机与信息技术摘要 GPS探测水汽是一种新的水汽遥感方法，GPS卫星信号向地基GPS接收机传播过程中受大气水汽的影响产生延时，信号的延时又是和大气的结构相关的，而延时又对降水产生影响。
本文从几个方面分析了影响GPS探测水汽的因素。
关键词 GPS、延时、降水1 引言水汽是大气的基本参量。
卫星探测水汽含量的基本方法是用微波辐射计 (如NOAA的AMSU)，近红外和热红外波段探测,而地基GPS遥感大气水汽技术是九十年代发展起来的一种全新的大气观测手段。
它利用地基高精度GPS 接收机，通过测量GPS信号在大气中湿延迟量的大小来遥感大气中水汽总量。
下面首先介绍一下其原理2 探测水汽的原理和方法GPS技术通过观测GPS卫星信号传输到GPS接收机的时间来测量接收机天线的位置，卫星信号经过大气层时，要受到大气的折射而延迟，将该延迟量作为待定参数引入到观测模型和解算方案中，逐项考虑误差来源和消除办法，精密的大气延迟量（毫米级）可以与定位参数一同求解出来。
大气延迟量可划分为电离层延迟、静力延迟和湿项延迟。
通过采用双频技术，可以将电离层延迟几乎完全消除。
静力延迟与地面观测量（气压）具有很好的相关，可以订正到毫米量级。
这样就得到了毫米量级的湿项延迟。
湿项延迟与水汽总量（PW）可建立严格的正比关系，精确的水汽总量就求解出来。
应用MIT的GAMIT软件进行解算。
软件要求试验采用双频载波相位观测，应用差分法以消除源于卫星钟和接收机钟的误差，同时可采用“轨道松弛法”，以对轨道的准确度进行修正和调整。
此外还有反演方法即：利用接收更高空之GPS卫星发出来的讯号，强度与路径的变化，反推出电离层电浆密度的三维空间分布“照片”，以及大气的水汽的三维空间分布。
采用载波相位观测产生的主要难题是载波相位的整周未知数N0的出现。
N0一般采用“三差法”来确定，即不仅通过同一接收机对两颗卫星求差来消除接收机钟差和同一卫星对不同的接收机求差来消除卫星钟差，还通过连续观测历元的求差来确定整周未知数N0。
地基GPS水汽探测若干研究进展
天 顶
＾
天顶可 降水量 算
顶 湿
（ １ ）地基 Ｇ Ｐ Ｓ 天顶水汽含量计算模型研究 地基 Ｇ Ｐ Ｓ遥感天顶水汽含量大致可先后分
为Ｇ Ｐ Ｓ 解算得到 Ｚ Ｔ Ｄ，以及 由 Ｚ Ｔ Ｄ结合各 类气
水 汽
Ｈ －
一
的水汽绝对含量 ，不存在观测值标定等 问题 ，十 分适合用于实时高精度水汽变化监测 。因此 ，随 着 多个卫 星导 航 系统 的建成 以及 数值 天气 预报
模式 的发展 ， 地基 Ｇ Ｐ Ｓ气象学作为大地测量学与 气象学 的交叉学科 ， 受到大地测量学家 以及气象 学家 的共 同关注 ， 成为 了两个领域 内的研究热点 之一 ， 取得 了丰富的研究成果 。本文将对近些年 来相关领域 的最新研究进展做简要介绍 。
条 件和卫星轨道 限制 ，精度和时 间分辨率有 限。 随着高分辨率数值天气预报模式 的发展 ， 这些方 法 的时空 分辨 率 已经很 难满 足 高精 度 预报 的需 求 。另外 ，在现 阶段气候研究 中 ，研究大气水汽
２ 地基 ＧＰ Ｓ遥感 天顶水汽
２ ． １ 基本原理 Ｇ Ｐ Ｓ 信 号在传 播过程 中会受 到地 球大气 电 离层与 中性大气层两种不 同性质 的延迟影响 ，其
指 出天顶干延 迟（ ｚ ｅ ｎ ｉ ｔ ｈ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｄ ｅ ｌ ａ ｙ ， Ｚ Ｈ Ｄ ） 可
２ ５ｌ ■－ ＿ ■
。 ｎ ｅ ｓ ｅ 。 ｕ ｎ ａ． 。 Ｎａ ｕ ｅ
ｌ ｖ 。 ． ３ ５ Ｎ 。 ． ４ ｌ Ｒ Ｅ ｖ Ｉ Ｅ ｖ ｖ Ａ Ｒ Ｔ Ｉ ｃ Ｌ Ｅ
自筮． 棠 卷 第 ３ ５ 卷 第 ４ 期 － 专 题 综 述
地基GNSS层析对流层水汽若干关键技术研究
地基GNSS层析对流层水汽若干关键技术研究地基GNSS层析对流层水汽若干关键技术研究摘要：地基GNSS层析对流层水汽研究是近年来地球科学领域的热点之一。
本文针对地基GNSS层析对流层水汽测量的关键技术进行了综述。
首先，介绍了地基GNSS层析对流层水汽测量的背景和意义。
然后，详细介绍了地基GNSS层析对流层水汽测量的原理和方法。
接着，重点讨论了地基GNSS层析对流层水汽测量中的若干关键技术，包括导航信号传播模型、大气延迟修正、数学算法等。
最后，对地基GNSS层析对流层水汽测量的发展前景进行了展望。
1. 引言地球的大气层中的水汽是地球气候系统中的重要组成部分，对气候变化和天气预报具有重要的影响。
因此，准确测量地球大气层中的水汽含量对于气候研究和天气预报具有重要意义。
传统的测量方法主要包括气象探空、卫星遥感等，但这些方法存在着成本高、样本稀疏等问题。
地基全球导航卫星系统（GNSS）层析技术利用卫星导航信号经过大气层时的传播特性来反演大气参数，成为一种有效的大气探测手段。
2. 地基GNSS层析对流层水汽测量的原理和方法地基GNSS层析对流层水汽测量是利用地基GNSS接收机接收到的卫星导航信号的延迟来反演大气层中的水汽含量。
地基GNSS接收机通过接收卫星导航信号，并测量信号经过大气层时产生的时延，从而可以反演出大气层中的水汽含量分布情况。
地基GNSS层析对流层水汽测量方法包括基于半径平方的拟合方法、基于时间以及空间延迟的矩阵方法等。
3. 地基GNSS层析对流层水汽测量中的关键技术3.1 导航信号传播模型地基GNSS层析对流层水汽测量中，导航信号传播模型是一个重要的关键技术。
导航信号传播模型用于描述导航信号在大气层中的传播过程，包括电离层延迟、对流层延迟等。
准确的导航信号传播模型可以提高测量结果的精度。
3.2 大气延迟修正地基GNSS层析对流层水汽测量中，大气延迟是一个重要的误差来源。
大气延迟受到大气层中各种物理因素的影响，包括湿度、温度、压强等。
地基GPS大气水汽反演技术研究与资料应用
地基GPS大气水汽反演技术研究与资料应用地基GPS大气水汽反演技术研究与资料应用1. 引言地球是一个具有复杂气候系统的行星，大气水汽是其中重要的组成部分。
大气水汽的分布和变化对于气候变化、天气预报、农业灌溉等领域有着重要的影响。
因此，准确地获取和监测大气水汽的含量和分布对于许多应用具有重要意义。
地基GPS大气水汽反演技术作为一种新兴的遥感技术，具有高精度、高时空分辨率、全天候监测等优点，在大气水汽反演研究和应用中显示出巨大潜力。
2. 地基GPS大气水汽反演技术原理地基GPS大气水汽反演技术利用位于地面的GPS接收机接收到的来自卫星的信号，通过对信号的延时和相位等信息进行处理，可以反演得到大气中的水汽含量。
该技术的原理基于电波在经过大气时会发生折射的特性，电波在大气中的传播路径与大气中的水汽含量有密切的关系。
通过对GPS信号的处理，可以准确地计算出大气中的水汽含量，并获得水汽的含量和分布的高时空分辨率数据。
3. 地基GPS大气水汽反演技术的关键问题地基GPS大气水汽反演技术的研究和应用还存在一些关键问题需要解决。
首先，卫星信号在穿过大气时会被吸收和散射，这会导致GPS信号的衰减和延迟，从而影响反演的准确性。
其次，地表地形和气候条件等因素也会对GPS信号的传播和反演结果产生影响，因此需要对这些因素进行修正和补偿。
此外，GPS信号的反演结果也受到观测频率和时间长度等因素的影响，需要对这些因素进行优化和研究。
4. 地基GPS大气水汽反演技术的应用地基GPS大气水汽反演技术在气象、气候学、农业和水资源管理等领域具有广泛的应用前景。
首先，地基GPS大气水汽反演技术可以用于天气和气候的预测和预警，提高天气预报的准确性和时效性。
其次，该技术可以帮助农业领域进行精确灌溉，根据大气水汽的含量和分布情况来调节灌溉水量，提高农作物产量和资源利用效率。
此外，地基GPS大气水汽反演技术还可以用于水资源管理中对地下水水位和补给量的监测和预测，提高水资源的合理利用。
GPS探测大气水汽含量的研究
GPS探测大气水汽含量的研究一．探测水汽含量的常规技术1．常规气球探空观测目前地球大气参数的廓线分布，大气水汽观测资料主要依靠每天两次的标准观测，其主要局限是：无线电探空气球观测在全球的分布很不均匀，测站密度过稀，在海洋上空甚至没有资料，相邻两次探测之间间隔时间过长，探测的精度不能满足水汽时间空间多变性的要求，且维持这一观测系统的成本也在不断增加。
2．水汽微波辐射计(Water V apor Radiometer-WVR)提供了依靠所测亮温反演扫描方向积分水汽总量和积分液水总量的手段。
3．星载微波辐射计测量地球提供的热背景下相应的吸收线，由于地表温度的多变性而呈现复杂性，应用于洋面的遥感比应用于陆地更为适用。
同时由于云的存在使这种应用受到限制。
地基微波辐射计不受低的中等覆盖云量的影响，但云量较多时同样受到影响。
降水发生时雨滴的存在对于辐射的影响以及雨滴打湿仪器天线的影响，使得微波辐射计这时很难提供可用的数据。
极轨卫星所载辐射计提供很好的空间分辨率但比较差的时间分辨率，而地基辐射计正好相反。
4．激光雷达费用昂贵，而且不能全天候观测，难以大范围密集设置站网和实现观测业务化。
5．卫星红外辐射计可以观测大气亮温、估算大气积分可降水分(IPW),能覆盖全球范围，但也只能局限于晴空区域的监测。
二．GPS气象学的发展GPS气象学(GPS/ METeorology,简写为GPS/MET)是近十年来蓬勃发展起来的，由卫星动力学、大地测量学、地球物理学和气象学交叉派生出的新兴边缘学科。
发源于美国，在 2 0世纪80年代，美国的Davis、Herring、Askne,Nordius等人在该领域做了许多理论上的研究并进行了多次试验，为其发展奠定了理论基础。
后来，Bevis和Businger等人进行了较全面的研究，1992年提出了采用地基GPS技术探测大气水汽含量的原理。
结合掩星技术通过对大气折射率的遥感来反演大气的温湿特性，他们的研究成果促进了GPS气象学的新进展。
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引言 利用地基 GPS 进行大气水汽的遥感探 测始于 20 世纪 90 年代。GPS 卫星发射的无线电波信号在 穿过大气层时, 要受到电离层电子和平流层、 对流层 大气的折射延迟。通过准确测定对流层延迟, 大气 静力学延迟可以利用地面气压 和大气模型精 确模 拟
[ 1]
数值预报和分析方面的应用。利用 GPS 可以观测 到大气延迟的水平梯度信息 , 反映了大气折射率分 布的三维结构[ 6] , GP S 气象学家开始尝试利用这些 新的产品信息来研究大气延迟和水汽的三维结构, 提出了一些计算大气倾斜路 径延迟的方法[ 7, 8] , 倾 斜路径的延迟进而可以转换为倾斜路径的水汽[ 9] , 这样在地面密集布设 GP S 接收机 , 接收来自天空各 个方向的卫星数据, 就形成了对其上大气的断层扫 描 , 通过一定的模型, 可以重建大气参数的三维结构 ( 层析) , 获取大气三维结构的折射率或水汽廓线信 息。 1 用 GPS 确定倾斜路径延迟和水汽的方法 在高精 度的 GP S 软件 处理中 , 通 常使用 GPS 观测量( 伪距和载波相位 ) 或观测量的组合 ( 如用两 站的观测量作差称单差 , 如用两个卫星的单差作差 称为双差) 组成观测方程, 所以确定倾斜路径湿延迟 的方法可分为直接非差 ( 观测量本身 ) 估计斜路径延 迟法和从双差残差到非差残差估计斜路径延迟法。 1. 1 直接非差估计斜路径延迟法 对于 GPS 非差载波相位的观测方程可写为: = +
第 34 卷第 3 期 2006 年 6 月
气 象 科 技 MET EOROLOGICAL SCIENCE AND T ECHNOL OGY
Vol. 34, No. 3 Jun. 2006
利用地基 GPS 测量大气水汽廓线的方法
曹云昌1, 3 陈永奇1 李炳华2 方宗义3
( 1 香港理工大学 ; 2 香港天文台 ; 3 国家卫星气象中心 , 北京 100081) 摘要 G PS 倾斜路径的湿延迟反映了大气中水汽的三维非均匀分布 , 通过准确确定空间各 卫星对地 面各接收机 的
N 0+
作者简介: 曹云昌 , 男 , 1968 生 , 博士 , 副研究员 , 主要从事卫星气象方面的研究 , Email: caoyc@ nsmc. cma. gov. cn 收稿日期: 2005 年 6 月 24 日 ; 定稿日期 : 2005 年 9 月 21 日
242 其中 c 为光速 , 相位观测量, 电离层延迟 , 数, 为载波信号波长,
ij
为得到精确的倾斜路径延迟, 必须消除式中 cm 级误差因素, 首先要保证得到高精度 mm 级站坐标 估计 , 然后消除电离层延迟 , 接收机和卫星钟差 , 及 其他因素如海潮 , 相对论效应、 卫星天线相位中心改 正的影响, 并且正确确定整周模糊度。这种方法又 称为 精 确 单 点 定 位 技 术 ( Precise Point Posit ion ing ) , 直接适用于如 GIP SY/ OASIS 等使 用非差 观测量估计参数的软件。这种方法的关键是消除各 种误差和正确确 定整周模糊度, 一般使用 L 1 观测 量, 而 宋 淑 丽 等 则 发 展 了 L C 组 合 观 测 量 的 算 法[ 11] 。 当使用 L 1 观测量时, 整周模糊度为整数, 比较 容易确定 , 在接收机和卫星钟差, 海潮影响, 相对论 效应、 卫星天线相位中心改正模型精确模拟后 , 确定 精确的斜路径延迟需要好的电离层延迟模型。 当使用相位组合观测量 L C 时, 组合波长变为 - f2 2 2 2 LC = - f2 2 f 1 , f 2 是卫星信号的两个频率 ,
trop
气
象
科
技
A 1, B 1, A 2, B 2, A 2
第 34 卷
为接收机载波
ion
和卫星 2, 观测分别为 S AB 1 =
A 1
则单差为:
B 2
为卫星至接收机的实际距离 2
=
-
为斜路径对流层延迟 , t r 为接收
再组成双差为 : 矩阵形式可写成:
AB d AB = s AB 1 - s2
ion + trop +
, 估计出大气的湿延迟部分。利用湿延迟和水
汽含量的关系, Bevis 和 Rocken 等通过试验证明, 通 过在地面建立连续运行的 GPS 参考站, 可以连续监 测站点上 空整层大气的 水汽含量 量, 精度可达 2 mm
[ 2, 3]
大气可降 水
, 与水汽辐射计以及探空相
当。这种探测方法仪器经济 , 稳定可靠, 全 天候探 测, 时间分辨率高, 因此受到气象工作者广泛关注。 美国国 家 海 洋 大 气 局 ( NOAA ) 预 报 系 统 实 验 室 ( F SL ) 等在 1994 年建立了世界上第一个地基 GP S 气象示范网络, 来评价地基 GPS 气象学的理论和工 程基础, 扩展 GPS 观测对于天气预报、 气候监测和 卫星遥感的定标检验方面的应用
倾斜 路径湿延迟 , 就可以利用断层扫描技术 , 确定大气层中水汽的三维分布和变化 , 从而增 加目前还 相对缺乏的 大 气水 汽探测。文章就这方面介绍了国际上利用地基 GPS 测量 倾斜路径大气湿延迟的两类方法 ( 单点定位方法和 双 差定 位方法) 以及应用断层扫描技术利用这些观测进行 水汽廓 线遥感 探测的 两类方 法 ( 附加约束 法和卡 尔曼滤 波 法) , 并对这些方法的优缺点进行了初步的比较和探讨。 关键词 湿延迟 层析 遥感 水汽廓线
[ 4]
, 通过 10 年的检
[ 5]
验, 目前即将移交业务运行。其他国家、 地区以及我 国也都随后建立了类似的 GPS 气象运行系统 。 GPS 探测的天顶方向上的水汽总量, 不能直接 提供水汽的廓线分层信息, 这一定程度影响了它在
香港 R GC/ B. 34. 37. Q 609 项目资助
c tr - c ts-
机钟差, t s 为卫星钟差, N 0 为载波相位的整周模糊 为其他因素的误差 , 斜路径的延迟为: D sp =
trop
DS= d
= ( -
)+
ion -
c ts- N 0 +
由单差方程形成双差方程 , 方程数少 1, 因此, 假设 S 为 n 行 , 则 d 只有 n - 1 行 , 所以从双差无法 得到单差, 必须附加约束条件, 即 : w1 1 1 1 w2 - 1 0 0