超高層建筑物GPS動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)中對(duì)流層效應(yīng)影響研究

1、 超高層建筑物 GPS 動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)中對(duì)流層效應(yīng)影響研究 30 s，觀測(cè)截止高度角為 10°；然后，將斜路徑方向的對(duì)流層延遲逐歷元地添加到無(wú)誤差的模擬觀測(cè) 值中，得到只受對(duì)流層延遲影響的模擬觀測(cè)值。這里，斜路徑方向的對(duì)流層延遲由第一天的 GPS 觀 測(cè)值計(jì)算得到，其方法與圖 5 中求解斜路徑方向的對(duì)流層延遲方法相同。 將包含對(duì)流層誤差的模擬觀測(cè)值和第一天的原始觀測(cè)值，分別采用三種方法處理：不采用對(duì)流 層模型；采用 SAAS 模型改正；以及將對(duì)流層天頂延遲作為待定參數(shù)，求解流動(dòng)站的坐標(biāo)序列。由 于不采用對(duì)流層模型時(shí)無(wú)法正確確定所有整周模糊度，從而難以獲得固定解，因此，圖 8 和圖 9

2、中 僅給出經(jīng)后兩種方法處理后的坐標(biāo)序列。 圖8 a 采用 SAAS 模型和 b 將對(duì)流層天頂延遲作為待定參數(shù)時(shí)， 模擬觀測(cè)值在北、東和高程方向的坐標(biāo)序列 從圖 8 中可以看出，圖 8a 的坐標(biāo)序列振幅明顯大于圖 8b，在水平和高程方向圖 8a 的坐標(biāo)最大 值分別可達(dá) 2 cm 和 10 cm， 而圖 8b 分別約為 0.4 mm 和 4 cm。 本文認(rèn)為圖 8a 是由模型改正后殘余的 對(duì)流層誤差過(guò)大所致，在變形監(jiān)測(cè)中將難以反映建筑物的真實(shí)形變(尤其對(duì)水平方向。圖 8b 在數(shù)據(jù) 處理過(guò)程中將對(duì)流層天頂延遲作為待定參數(shù)用觀測(cè)資料來(lái)改正，不僅能很好地消除模型改正的系統(tǒng) 誤差，而且能反映大氣延遲的隨機(jī)

3、變化，這在超高層建筑物的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中顯得尤為重要。 圖9 a 采用 SAAS 模型和 b 將對(duì)流層天頂延遲作為待定參數(shù)時(shí)， 原始觀測(cè)值在北、東和高程方向的坐標(biāo)序列 由計(jì)算可知， 圖 9a 中北、 東和高程方向坐標(biāo)序列的 RMS 值分別為 0.90 cm、0.74 cm 和 2.27 cm； 圖 9b 中三個(gè)方向的 RMS 分別為 0.75 cm、0.69 cm 和 2.18 cm。這與圖 8 中的結(jié)果一致，說(shuō)明將對(duì)流 層天頂延遲作為待定參數(shù)求解可提高 GPS 定位精度。 6 CSNC2010 第一屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì) 北京 從圖 9 中不難看出，圖 9a 和圖 9b 的三個(gè)方向坐標(biāo)序列的振幅相

4、當(dāng)。本文認(rèn)為這是由于實(shí)驗(yàn)中 的參考站處于強(qiáng)反射環(huán)境(如圖 2 所示所致，使圖 9 的坐標(biāo)序列除包含圖 8 中對(duì)流層延遲影響外，還 主要包含不能由差分法消除的多路徑誤差。 與圖 8a 相比， 圖 9a 中過(guò)大的多路徑誤差將模型改正后的 對(duì)流層誤差完全淹沒(méi)。這說(shuō)明在超高層建筑物的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中，多路徑誤差對(duì)定位結(jié)果的影響也必須 加以考慮。關(guān)于多路徑誤差的削減方法，筆者已另文探討，詳見(jiàn)文獻(xiàn)6和12。 4 結(jié)論與建議 本文提出了定量分析對(duì)流層延遲誤差對(duì) GPS 定位結(jié)果影響的方法，并通過(guò)模擬和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分 析得到如下結(jié)論： 1. 在對(duì)超高層建筑的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中，測(cè)站間過(guò)大的高差使對(duì)流層延遲成為影響 GPS 定

5、位精度的主 要誤差來(lái)源之一。 在變形監(jiān)測(cè)中(如基線長(zhǎng)度小于 5 km， 相對(duì)對(duì)流層天頂延遲僅隨高差的增大而增大， 而與測(cè)站間的水平距離無(wú)關(guān)。 2. 對(duì)流層延遲對(duì)水平方向的定位精度影響僅為幾個(gè)毫米；而對(duì)高程方向的影響可達(dá)數(shù)厘米。 3. 降雨等特殊的天氣條件可使測(cè)站間的相對(duì)濕延遲增大， 從而使對(duì)流層誤差對(duì) GPS 定位精度的 影響增大。在本文實(shí)驗(yàn)中，降雨使對(duì)流層延遲對(duì)水平和高程方向的影響分別增大約 2 mm 和 10 mm。 4. 在超高層建筑物的 GPS 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中，相對(duì)定位解算或模型改正難以消除對(duì)流層誤差，而將對(duì) 流層天頂延遲作為待定參數(shù)求解，能很好地反映對(duì)流層延遲的隨機(jī)變化，提高 GPS 定

6、位精度。 參 考 文 獻(xiàn) 1 2 Darin F, Johansson J, Carlsson R, Elgered G, Jaelemark P, Ronnang B. Continuous Monitoring of the Atmosphere Using GPS C. Proc ION-GPS 97, 1997: 199-205. Saastamoinen J. Atmospheric Correction for the Troposphere and Stratosphere in Radio Ranging of Satellites C. The use of artifici

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