文档介绍：海潮对高精度GPS网的影响初探
赵庆海郭玉良方明任锴
(西安测绘信息技术总站西安 710054)
摘要:叙述了海洋负荷潮改正的基本原理,结合算例分析了海潮对GPS网的影响,指出海潮改正对近海短时间GPS观测高程方向的影响可达数厘米。
关键词:GPS 海潮测站形变
1 引言
海潮(海洋的潮汐现象)是指在日月等天体引力作用下实际海面相对于平均海平面的周期性涨落,这种涨落主要体现在日周期变化,长期变化相对很小。潮汐现象促使海水质量重新分布,从而产生海洋潮汐的附加位,这一附加位的变化也会引起地面测站的变形,特别是在近海地区,这一变形在垂直方向的瞬时位移可达数厘米[1]。对于24小时观测的高精度GPS数据处理方案来说,已经在很大程度上消除了周日潮汐的影响。但是对于较短时间的GPS观测(小于4小时),这一影响的量级如何,是否影响GPS网的精度,还需要结合实际数据进行分析。
潮汐现象非常复杂,用严格的数学模型进行描述是一个十分困难的事情。早期的海潮模型是利用沿海验潮资料基于流体力学模型建立的,如Schwiderski海潮模型。随着技术的发展,近年来卫星测高技术发展迅速,获得了全球水面地形数据,为精确的全球海潮模型研究奠定了基础,。
由于缺少海潮资料等原因,许多GPS精密定位软件实际上并没有顾及海潮改正。目前美国麻省理工学院(MIT)研制的高精度GPS分析软件GAMIT/GLOBK已加入海潮改正,即通过两个系数文件实现这项改正,——全球范围的格网表(格网间隔:º,º);,包括全球300多个VLBL、SLR、GPS站的11个分潮波的振幅和相位,这11个分潮波分别是:,其中为半日潮项,为全日潮项,为长周期潮项。计算海潮改正时,,如果与最近台站的距离小于10km,则采用此台站的系数进行计算;否则,[2] [3]。
2 海潮负荷改正基本原理
据文献[1],根据海潮模型可以计算出地球上任何一点的潮高:
(1)
式中为天文幅角数,与太阳和月亮的位置有关,可由IERS标准提供的子程序计算。
由于海潮负荷极不规则,在潮汐负荷形变计算中一般分两步进行,先求出地球对单位点质量负荷的响应函数,称为Green函数;然后利用Green函数对不规则负荷进行褶积积分。海潮负荷可用潮高与Green函数的褶积表示:
(2)
式中,为海水密度,为潮高,和分别为测站和流动负荷点的纬度和经度,为格林函数,为测站到点负荷的方位角,为球面角。
实际应用时,可以根据计算出的格林函数,将式(2)展开为11阶的调和函数。在测站坐标系
中,测站在时刻由于海潮引起的位移按下式计算:
(3)
式中,和为第j个分潮波在测站处的振幅和相应于格林尼治的相位滞后角,和是第j个分潮波的角频率和初始相位。
3 算例分析
算例采用某沿海C级GPS网,全网由27点组成,2003年5月观测,每个站点均观测一个4小时的时间段。基线解算时加入6个中国地球运动观测网络工程基准站的同步数据,采用美国MIT的高精度GAMIT软件,并使用IGS后处理精密星历,基线平差采用作者