山东地区GPS测量中的海潮负荷影响

针对影响山东地区GPS测量精度的重要因素之一——海潮负荷,不同海潮模型在山东沿海地区差异较大的问题,该文以山东CORS数据为例,基于FES2004、NAO99b、CSR4.0、GOT00.2 4种全球海潮模型,使用GAMIT软件,分析了海潮负荷对山东地区GPS定位及基线解算的影响。通过对比分析,海潮负荷对山东地区GPS定位的影响主要体现在U方向上,振幅达到厘米级;海潮负荷对山东沿海定位的影响大于山东内陆,U方向达到了2cm,为内陆地区2倍以上;海潮负荷对基线解算的影响与基线方位和基线两端测站负荷差异有关,其中差异较大的基线U方向的影响接近8mm;除GOT00.2海潮模型以外,不同模型对山东地区较长观测时段的GPS数据解算结果的影响并无太大差异,但对于短时观测或实时的GPS高精度定位,半日分潮迟角的精度还有待提高,因此有必要精细化山东区域海潮模型。     

海潮改正模型对GPS基线的影响

利用GAMIT软件解算了2011年前200天国内9个IGS站的数据,解算时考虑采用未加入和分别加入4种不同的海潮改正模型等情况,对4种不同海潮改正模型在基线分量上的影响进行了比较,说明了不同模型对GPS基线的影响差异较小;并对含沿海地区GPS测站和只含内陆地区GPS测站的基线进行了分析,结果表明含沿海地区GPS测站的基线比只含内陆地区GPS测站的基线受海潮改正模型的影响大;最后重点采用功率谱分析了海潮改正对GPS基线分量影响的周期,得到其3个方向的变化周期。     

海潮负荷对不同地区GNSS基准站的定位影响分析

针对在不同位置地区进行高精度卫星导航定位中会受海潮负荷大小的影响,该文通过GAMIT/GLOBK对山东省、湖南省区域的国家GNSS基准站数据进行了解算,并分别对基线解结果、测站定位结果进行了分析探讨。结果表明,海潮负荷对整体测站的定位均有不同程度的影响,在U方向影响较大,且海潮负荷对近海区域的测站定位影响为对内陆地区测站影响的3～4倍;且海潮负荷造成影响不仅与基线长度有关,而且与基线端点的所处位置有关,近海地区测站相对内陆地区测站所受海潮负荷影响更大。因此,在解算国家站数据时,应当加入海潮负荷改正,尤其单独解算沿海测站时。     

海潮负荷对不同地区GNSS基准站的定位影响分析

针对在不同位置地区进行高精度卫星导航定位中海潮负荷的影响,该文通过GAMIT/GLOBK对山东省、湖南省区域的国家GNSS基准站数据进行了解算,并分别对基线解结果、测站定位结果进行了分析探讨。结果表明,海潮负荷对整体测站的定位均有不同程度的影响,在U方向影响较大,且海潮负荷对近海区域的测站定位影响为对内陆地区测站影响的3～4倍;且海潮负荷造成影响不仅与基线长度有关,而且与基线端点的所处位置有关,近海地区测站相对内陆地区测站所受海潮负荷影响更大。因此,在解算国家站数据时,应当加入海潮负荷改正,尤其单独解算沿海测站时。     

海潮负荷对不同地区GNSS基准站的定位影响分析

针对在不同位置地区进行高精度卫星导航定位中海潮负荷的影响,该文通过GAMIT/GLOBK对山东省、湖南省区域的国家GNSS基准站数据进行了解算,并分别对基线解结果、测站定位结果进行了分析探讨。结果表明,海潮负荷对整体测站的定位均有不同程度的影响,在U方向影响较大,且海潮负荷对近海区域的测站定位影响为对内陆地区测站影响的3～4倍;且海潮负荷造成影响不仅与基线长度有关,而且与基线端点的所处位置有关,近海地区测站相对内陆地区测站所受海潮负荷影响更大。因此,在解算国家站数据时,应当加入海潮负荷改正,尤其单独解算沿海测站时。     

海潮负荷对GPS精密定位的影响

根据海潮负荷理论,利用4种全球海潮模型分别计算了中国及周边地区IGS站的海潮负荷位移系数,分析并比较了海潮负荷位移对GPS单天解和短周期解的影响。结果表明,对于测站的单天解,不同海潮负荷位移改正对测站整体上没有影响,只在局部沿海地区测站的垂向方向存在差异;并且,4种全球海潮模型在黄海和东海的近海区域不够精确,需要利用我国近海区域的海潮资料进行修正;对于测站的短周期解,海潮负荷位移的影响随着测站远离海洋而减弱,特别是在沿海地区能显著提高测站的垂向坐标精度。因此,在短时的GPS精密定位中需要考虑海潮负荷位移改正。     

用东海和南海潮汐资料修正全球海潮模型对中国及邻区重力场负荷计算的影响

利用卫星测高技术建立的全球海潮模型的精度和分辨率均有限,而高精度、高分辨率的近海区域潮汐观测资料,可用于改善和提高全球海潮模型在沿海地区的精度。利用中国东海和南海的近海海潮模型,对HAMTIDE11A.2011全球海潮模型中的中国近海区域进行了替换,并得到了修正前后模型计算的海潮负荷对不同区域GPS测站精密定位的影响。分析可得:(1)确认修正前后的全球海潮模型计算的海潮负荷对GPS测站精密定位的影响存在约5 mm的差异,并通过频谱分析得到修正后的模型在GPS精密定位中剔除海潮负荷影响的效果在半日、周日及半年周期处明显优于修正前的模型;(2)采用高精度近海模型进一步修正全球海潮模型,该成果对近海区域的GPS精密定位海潮负荷改正具有一定参考价值。     

联合中国近海海潮模型与全球海潮模型分析海潮负荷对GPS精密定位的影响

利用卫星测高技术建立的全球海潮模型的精度和分辨率均有限,而高精度、高分辨率的近海区域潮汐观测资料,可用于改善和提高全球海潮模型在沿海地区的精度。利用中国东海和南海的近海海潮模型,对HAMTIDE11A.2011全球海潮模型中的中国近海区域进行了替换,并得到了修正前后模型计算的海潮负荷对不同区域GPS测站精密定位的影响。分析可得:(1)确认修正前后的全球海潮模型计算的海潮负荷对GPS测站精密定位的影响存在约5mm的差异,并通过频谱分析得到修正后的模型在GPS精密定位中剔除海潮负荷影响的效果在半日、周日及半年周期处明显优于修正前的模型;(2)采用高精度近海模型进一步修正全球海潮模型,该成果对近海区域的GPS精密定位海潮负荷改正具有一定参考价值。     

利用改进的动态PPP技术建立中国香港区域海潮负荷位移模型

利用GPS技术反演海潮负荷信息,相比传统重力及甚长基线干涉测量,有着全球覆盖、测站数多、全天候、成本低等诸多优势,为海潮模型的建立提供了有效的技术手段,也对海潮负荷效应的研究有着重要的理论意义和参考价值。利用动态精密单点定位技术（precise point positioning,PPP）反演海潮负荷位移,同时构建了区域海潮负荷位移模型。利用香港连续运行参考站8 a的GPS观测数据,精密测定了11个测站的三维海潮负荷位移参数,与高精度海潮模型提供的海潮负荷位移参数进行比较,发现除K₂、K₁潮波外,其他潮波的均方根误差均小于2 mm。与已有的动态PPP及静态PPP结果对比发现,采用改进的重叠时段动态PPP算法可有效改善K₁潮波的反演精度;该方法反演的海潮负荷位移精度可达到静态PPP反演海潮负荷位移的精度,且对于K₁潮波,在东西方向,动态PPP算法的反演精度较静态PPP略有改善。利用最小二乘曲面拟合法可有效建立中国香港地区GPS区域海潮负荷位移模型,可有效弥补沿海地区因验潮站稀少而导致的海潮模型适应性差的问题。     

GPS精密定位中的海潮位移改正

根据海洋负荷潮理论，利用NAO99b全球海潮模型，计算了中国部分IGS站的海潮位移改正，并将海潮位移改正应用到GPS数据处理当中。在GAMIT软件的解算过程中，分别按加入和不加入海潮位移改正，对GPS基线分量和测站坐标分别进行了计算和比较分析。结果表明，海潮位移改正无论是对GPS基线分量还是对测站坐标，都有一定的影响。     

Ocean tide loading (OTL) displacements from global and local grids: comparisons to GPS estimates over the shelf of Brittany, France

In this paper we examine OTL displacements detected by GPS stations of a dedicated campaign and validate ocean tide models. Our area of study is the continental shelf of Brittany and Cotentin in France. Brittany is one of the few places in the world where tides provoke loading displacements of ∼10–12 cm vertically and a few cm horizontally. Ocean tide models suffer from important discrepancies in this region. Seven global and regional ocean tide models were tested: FES2004 corrected for K2, TPXO.7.0, TPXO.6.2, GOT00.2, CSR4.0, NAO.99b and the most recent regional grids of the North East Atlantic (NEA2004). These gridded amplitudes and phases of ocean tides were convolved in order to get the predicted OTL displacements using two different algorithms. Data over a period of 3.5 months of 8 GPS campaign stations located on the north coast of Brittany are used, in order to evaluate the geographical distribution of the OTL effect. We have modified and implemented new algorithms in our GPS software, GINS 7.1. GPS OTL constituents are estimated based on 1-day batch solutions. We compare the observed GPS OTL constituents of M₂, S₂, N₂ and K₁ waves with the selected ocean tide models on global and regional grids. Large phase-lag and amplitude discrepancies over 20° and 1.5 cm in the vertical direction in the semi-diurnal band of M₂ between predictions and GPS/models are detected in the Bay of Mont St-Michel. From a least squares spectral analysis of the GPS time-series, significant harmonic peaks in the integer multiples of the orbital periods of the GPS satellites are observed, indicating the existence of multipath effects in the GPS OTL constituents. The GPS OTL observations agree best with FES2004, NEA2004, GOT00.2 and CSR4.0 tide models.     

Assessing the accuracy of predicted ocean tide loading displacement values

The accuracy of ocean tide loading (OTL) displacement values has long been assumed to be dominated by errors in the ocean tide models used, with errors due to the convolution scheme used considered very small (2–5%). However, this paper shows that much larger convolution errors can arise at sites within approximately 150 km of the coastline, depending on the method used to refine the discrete regularly spaced grid cells of the ocean tide model to better fit the coastline closest to the site of interest. If the local water mass redistribution approach is implemented, as used in the OLFG/OLMPP software recommended in the IERS 2003 conventions, OTL height displacement errors of up to around 20% can arise, depending on the ocean tide model used. Bilinear interpolation only, as used in the SPOTL and CARGA softwares for example, is shown from extensive global and regional comparisons of OTL displacement values derived from the different methods and softwares to be more appropriate. This is verified using GPS observations. The coastal refinement approach used in the OLFG/OLMPP software was therefore changed in August 2007 to use bilinear interpolation only. It is shown that with this change, OTL displacement values computed using OLFG/OLMPP, SPOTL and CARGA invariably agree to the millimetre level for coastal sites, and better than 0.2 mm for sites more than about 150 km inland.     

GNSS研究海潮负荷效应进展

随着全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)技术的快速发展以及其定位精度的不断提高,GNSS反演海潮负荷(主要是位移)相比重力测量、甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry, VLBI)研究海潮负荷有着方便、快速、经济、精确等独特优势,因此受到国内外众多研究学者的关注。当前研究重点已从通过引入海潮负荷位移模型以\     

利用GPS动态PPP技术求解海潮负荷位移

受特殊海岸线及复杂海底地形的影响,目前发布的全球海潮模型在局部沿海地区差异较大,需利用其他大地测量手段直接测定沿海地区的海潮负荷位移参数。GPS技术因具有全天候、精度高、成本低等优势,已成为获取海潮负荷位移参数的有效手段。本文基于GPS技术监测测站三维位移变化的灵敏度高于监测48个海潮参数的灵敏度这一基本思想,改进了利用GPS精密单点定位(PPP)技术估计48个海潮调和参数的方法,直接逐历元求解三维海潮负荷位移变化,再利用调和分析方法提取主要潮波(M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1)的海潮负荷位移建模参数(振幅与相位)。利用12个香港连续运行参考站(CORS)8年的GPS观测数据,计算各测站的海潮负荷位移建模参数。与传统方法比较,本文方法可有效加速K1潮波在东西方向的收敛。将GPS海潮负荷位移建模参数估值与中国近海海潮模型值比较,发现除S2、K2和K1潮波的均方根误差较大外,其他潮波的均方根误差均小于1.5mm。将香港2008—2014年验潮站数据反演的潮波参数与海潮模型值比较,结果表明:GPS与验潮站数据反演的潮波参数均与中国近海海潮模型及HAMTIDE2011.11A全球海潮模型符合较好,验证了GPS PPP反演海潮负荷位移的有效性。采用GPS PPP估计的8个潮波的振幅与相位值替换全球海潮模型中对应的潮波值,进行海潮负荷效应改正,可减弱GPS长时间序列中的半周年信号。     

南极国际GPS联测的海潮位移改正

根据海洋负荷潮理论,利用CRS4.0全球海潮模型,计算了参加南极国际GPS联测的中国南极长城站和中山站的海潮位移改正,并将海潮位移改正应用到GPS数据处理当中。在GAMIT软件的解算过程中,分别按加入和不加入海潮位移改正,对GPS基线分量进行了计算和比较分析。结果表明,对于南极国际GPS联测,海潮位移改正对GPS基线分量具有不可忽略的影响,数据处理时需要重点考虑。     

Estimates of ocean tide loading displacements and its impact on position time series in Hong Kong using a dense continuous GPS network

Three-dimensional ocean tide loading (OTL) displacements of eight diurnal and semidiurnal constituents at 12 sites in Hong Kong were estimated using 3–7 years of continuous global positioning system (GPS) observations. OTL displacements were estimated using the precise point positioning (PPP) technique on a daily basis and then combined. The OTL displacements obtained by GPS were compared with predictions using seven recent global ocean tide models. The effect of OTL displacements on GPS position time series was also investigated. The study shows that the GPS-derived OTL displacements (excluding K1 and K2 constituents) agree best with those predicted by the GOT4.7 and NAO99b models. The GPS/model agreement is generally at the sub-millimeter level, except for S2, K1, and K2 constituents with relatively large errors. After systematic biases between the GPS and model values are removed, the misfits of all sites for M2, S2, N2, O1, P1, and Q1 are less than 0.5 and 1.0 mm in the horizontal and vertical components, respectively, while larger misfits (within 2.5 mm) are observed for K1 and K2. Integer ambiguity fixing slightly improves the east component of OTL displacement estimates. The study also finds that GPS-derived OTL corrections, instead of model predicts, can be used in daily data processing with the exception of K1 and K2. Including K2 corrections, a secular vertical rate of up to 1 mm/year in position time series can be induced, which needs to be confirmed by further studies.