摘要：根据精密单点定位的基本原理，编写程序计算了大量IGS跟踪站的天顶对流层延迟和固体潮随时间变化对点位的影响，实验证明，与IGS公布的天顶对流层延迟相比较，精密单点定位估计对流层延迟有相当的可靠性，而且对深入研究固体潮改正模型有一定的参考意义。
关键词：精密单点定位；无电离层组合模型；对流层延迟；固体潮改正
Abstract: according to the precise point positioning of the basic principle, write the program calculation of IGS tracking station the zenith of troposphere delay and the tidal changes with time point of the influence, the experiment proved, and the IGS announced the zenith of troposphere delay compare, precise point positioning estimate the reliability of the troposphere delay has quite, but also for further research of the tidal correction model have certain reference significance.
Keywords: precise point positioning; Without the ionosphere combination model; Troposphere delay; Tidal correction
中图分类号：P223文献标识码：A 文章编号：
GPS气象学的重要内容是利用天顶对流层延迟来反演大气可降水量，常规的估计对流层延迟的方法是双差网解法，但该方法需要引入远距离测站来估计站点间的对流层绝对时延；[1，2]目前固体潮的测定主要是通过重力仪、倾斜仪和伸缩仪来观测，观测的点数和精度受到一定的限制。随着精密单点模型的逐步改进和定位精度的不断提高，特别是实时精密单点定位更有广阔的应用空间。精密单点定位技术在对流层延迟估计中有很多的优势：估计模型简单，站与站之间不相关，无需引入远距离测站即可估计绝对时延，处理大规模数据速度快等。[3]而且采用空间技术测定固体潮在精度和范围以及时间上(全天候连续观测)具有潜在的优势。
本文基于PPP技术，编写了精密单点定位程序，通过大量的数据计算验证了该程序在估计测站天顶对流层延迟和计算固体潮对点位的影响方面的可靠性。
精密单点定位基本原理
GPS非差精密单点定位一般是以单台双频GPS接收机采集数据，利用IGS提供的精密星历和卫星钟差，通过数据预处理和各种误差改正，采用非差观测模型进行的单点定位。其中数据预处理包括：粗差剔除、周跳的探测和修复、初始整周模糊度的确定、相位平滑伪距、精密星历和钟差的内插等。精密单点定位的传统消电离层组合模型，是采用双频GPS伪距和载波相位观测值的无电离层组合来构成观测模型，这种无电离层组合是减弱电离层影响最有名的公式，其观测模型的简化形式如下：[4]
（1.1）
（1.2）
式中，为、无电离层伪距组合观测值；为、无电离层相位组合观测值（距离）；（）为载波频率；为卫星到接收机的几何距离；为光速，为接收机钟差，为对流层延迟改正参数；、分别为两种组合观测值的观测噪声和未被模型化的误差[5]；为无电离层折射组合相位观测值（观测）的模糊度。此外，观测模型还要做的误差改正有相对论效应、固体潮、海洋潮汐、极移、章动等，限于篇幅，不作详细论述。
精密单点定位参数估计方法
将公式(1.1)和(1.2)分别在近似值处线性化，得到线性化的伪距和载波相位观测方程为：
（2.1）
（2.2）
当观测到颗卫星，此时待估计参数为即：
（2.3）
待估参数： 为接收机位置坐标改正参数；为接收机钟差改正参数；为对流层延迟改正参数；为消电离层组合相位观测值的整周未知数相对应的距离改正参数。
利用上述推导的线性化模型，再结合采用测码伪距和载波相位伪距观测值，就可以按照最小二乘法进行非差精密单点定位的平差计算。在解算过程中，静态情况下，坐标参数可以作为常数未知数处理；未发生周跳或修复周跳的情况下，整周模糊度当作常数处理，在发生周跳的情况，整周模糊度作为一个新的常数参数进行处理；因为接收机的钟不稳定，有明显的随机抖动。
3.精密单点定位在对流程延迟估计中的应用
本文在采用精密单点定位技术估计对流层延迟参数时，采用消电离层影响的P码和载波相位组合观测值作为数据处理的观测值，并通过高度角定权的方式对观测值进行定权。在数据预处理得到“干净”的观测值的基础上，模糊度估计作为常数处理，发生周跳的地方则重置参数，采用第二节中的平差策略对参数进行估计。以下是计算上海佘山跟踪站观测数据，采用事后精密星历和精密钟差单天解估计天顶对流层延迟参数的结果（原始数据都是从IGS网站下载得到的）：
使用上海佘山IGS跟踪站2011年5月4日30s间隔采样率的观测数据估计天顶对流层延迟随时间变化的情况：
图1.1 2011年5月4日上海佘山跟踪站天顶对流层延迟变化情况
使用上海佘山IGS跟踪站2011年7月6日30s间隔采样率的观测数据估计天顶对流层延迟随时间变化情况：
图1.2 2011年7月6日上海佘山跟踪站天顶对流层延迟变化情况
从以上图1.1到1.2中可以看出，天顶对流层延迟大部分在2.4m到2.6m之间，而且变化比较平缓，没有很大的抖动。经过大量的实验验证，本程序估计的天顶对流层延迟也大都在这个范围内。精密单点定位对流层延迟估计的精度主要取决于观测数据的质量、数据预处理的质量和卫星星历和精密钟差的精度。
4.精密单点定位在固体潮测定中的应用
与GPS相对定位方式测定测站固体潮的方法相比，精密单点定位技术有着明显的优势。因为传统的相对定位要测定固体潮对测站位移的影响比较困难，两个测站的固体潮的影响是相关的，不能准确测定该影响。绝对定位技术是测定固体潮影响的有效方法，但是以往的绝对定位技术定位精度较低，也不能准确反映出固体潮的影响。
本文采用作者编制的精密单点定位程序计算了2011年5月4日和2011年7月6日上海佘山跟踪站两天的30s间隔采样率的观测数据计算固体潮对测站坐标的影响随时间的变化情况，具体情况如下：
图1.3 2011年5月4日上海佘山跟踪站固体潮位移改正量各分量随时间的变化
图1.4 2011年7月6日上海佘山跟踪站固体潮位移改正量各分量随时间的变化
由以上两个例子可以看出，使用精密单点定位技术可以测定出固体潮对测站点位的影响随时间的变化情况。这对于深入研究固体潮的改正模型有一定的参考价值。
5.结语
非差精密单点定位算法的一个主要优点在于可以解算出很多参数，在双差解算中，这些参数可能被消除。从精密单点定位的数学模型中，可以看出测站坐标、接收机钟差、模糊度参数、对流层天顶延迟等参数都可以解算出。这对于很多研究领域，例如时间传递、GPS气象学、固体潮改正模型精化等方面都很多帮助。对高精度实时的精密单点定位的应用研究将会有更广阔的应用空间。
参考文献：
[1] Bevis M., BUSINGER S., HERRING T. A., ROCHEN C., ANTHES R. A., WARE A. R. H. GPS Meteorology: Remote Sensing of Atmospheric Water Vapor Using the Global
Positioning System [J].Journal of Geophysical Research, 1992, 97 (D14):15, 787-15,801.
[2] 宋淑丽，朱文耀，廖新浩.地基GPS气象学研究的主要问题及最新进展[J].地球科学进展，2004,19 (2):250-259.
[3] Duan J, et al. GPS meteorology: Direct Estimation of the Absolute Value of
precipitable water [J]. J Appl Meteorol, 1996,35:830-838
[4] 叶世榕. GPS非差相位精密单点定位理论与实现[D]. 武汉：武汉大学，2002
[5] 李征航，吴秀娟.全球定位系统（GPS）技术的最新进展 第四讲 精密单点定位（上）.测绘信息与工程.2002,27(5):34～37
作者简介：宫厚诚（1984-），男，山东潍坊人，硕士。研究方向为精密单点定位技术和电力勘测技术。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。