GPS固定站觀測資料的驗(yàn)設(shè)制度研究IGPS固定站觀測資料之驗(yàn)證制度研究摘要衛(wèi)星固定站近年來,由內(nèi)政部、中研院、氣象局、地調(diào)所及各學(xué)術(shù)團(tuán)體所設(shè)置的GPS固定站已超過100座，未來若有了法定地位的賦予，將很有可能取代現(xiàn)有一等衛(wèi)星控制點(diǎn)的功能。因此，各衛(wèi)星追蹤站觀測資料質(zhì)量的好壞就更形重要，讓他們在使用固定站資料計算前更具信心。本研究用的判定指標(biāo)如下:1觀.測資料量2.周波脫落數(shù)(o/slps)3.L1的多路徑效應(yīng)(mp1)4.L2的多路徑效應(yīng)(mp2)5.接收儀時表偏移量6.接收儀時表穩(wěn)定度整體來看，本文所研究的六項指標(biāo)中，以內(nèi)接時間的頻率穩(wěn)定度影響最大(fp)，次之為Mp1、Mp2的指標(biāo)影響，第三為資料量與周波脫落數(shù),最后為時鐘偏移量。所以選擇衛(wèi)星固定站，可以考慮先選擇質(zhì)量指標(biāo)中的頻率穩(wěn)定度高與多路徑效應(yīng)較小的固定站。AStudyontheCertificationInstitutionofGPSPermanentStationDepartmentofCivilEngineeringNationalChiaoTungUniversityAbstractHundredsofGPSpermanentstationsaresetupintherecentyearsinTaiwan.Becausethestationsareconstructedbymanyofdifferentorganizations.Thereceiver’strademarksanddatastructurearealsodifferecollectionandprocessingarealsonotcoInthisproject,acertificationinstitutionisestablisuser’sconfidence.Theindexesusedinthisproj3.ThemultipatheffectofL1.4.ThemultipatheffectofL2.5.Theclockerrorofthereceiver.6.Thestabilityofthereceiver’sclock.Usingthesesixindexes,thedataqualitiesofthepermanentstationsareestimated.Besides,thevalueofinfluenceoftheseindexesforthepermanentstations’dataareconsidered.Accordingtotheresultsoftheproject,theeliabilityoftheGPSpermanentstations’dataareanalyzedfoUsingthequalitycontrolofthedata,theprecisionandreliabilityofthedatacanbe目錄中文摘要 I.英文摘要 II目錄 III表目錄 IV圖目錄 VII第一章前言 1-1研究動機(jī)與目的 1-2研究方法 31-3研究內(nèi)容 6第二章理論基礎(chǔ) 72-1GPS相對定位原理 72-2資料質(zhì)量分析指標(biāo) 112-2-1觀測資料量 2-2-2多路徑效應(yīng) 2-2-3周波脫落 2-2-4接收器內(nèi)部時鐘與GPS時鐘的平均偏差量 2-2-5接收儀內(nèi)部時鐘頻率穩(wěn)定度 2-3GPS接收儀量測系統(tǒng)追溯 17第三章實(shí)驗(yàn)說明及資料處理 193-1試驗(yàn)場地說明 193-2實(shí)驗(yàn)步驟說明 203-3資料處理 243-3-1Bernese軟件過去的發(fā)展 243-3-2Bernese軟件的主要的功能及架構(gòu) 253-3-3Bernese軟件的特性及應(yīng)用層面 253-3-4Teqc軟件介紹 28第四章研究成果及分析 304-1固定站常用接收儀之指標(biāo)計算與分析 304-1-1Teqc解算觀測資料質(zhì)量成果 304-1-2Bernese5.0版解算資料質(zhì)量成果 4-2基線計算與分析 404-2-1短距離基線分析 404-2-2長距離基線精度分析 424-2-3綜合評估分析 434-3三維坐標(biāo)計算與分析 454-3-1短距離相對定位坐標(biāo)分析 45V4-3-2長距離相對定位坐標(biāo)分析 494-3-3質(zhì)量指標(biāo)與相對定位精度之分析 534-4質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)用于驗(yàn)證固定站觀測資料 564-5質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)用于特殊測量環(huán)境 58第五章結(jié)論與建議 59參考文獻(xiàn) 61附錄A接收儀TEQC解算成果 64附錄B接收儀的穩(wěn)定度與偏移量 68附錄C長、短相對定位基線解成果 70附錄D長、短N(yùn)、E、h坐標(biāo)解算成果 72表目錄表2-1Bernese5.0對于GPS誤差的對策 7表3-12003年架設(shè)設(shè)儀器廠牌型式及整置樁位一覽表 21表3-22002年所架設(shè)儀器廠牌型式及整置樁位一覽表 21表4-1不同型號接收儀之觀測量、MP1、MP2、o/slps 31表4-2不同型號接收儀之觀測量、MP1、MP2、o/slps 33表4-3A-D編號號儀器內(nèi)部時鐘的穩(wěn)定度與偏差量 37表4-4E-H編號號儀器內(nèi)部時鐘的穩(wěn)定度與偏差量 38表4-5A-D編號儀器短基線的定位精度 40表4-6E-H編號儀器短基線的定位精度 41表4-7A-D編號儀器長基線的定位精度 42表4-8編號E-H儀器長基線的定位精度 43表4-9編號A-D短距離定位N、E、h三軸坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差及三維合成量..45表4-10編號E-H短距離定位N、E、h三軸坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差及三維合成量 47表4-11編號A-D長距離N、E、h三軸坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差及三維合成量 49表4-12編號E-H長距離N、E、h三軸坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差及三維合成量 51表4-132003年觀測質(zhì)量指標(biāo)與長、短距離相對定位精度 53表4-142002年觀測質(zhì)量指標(biāo)與長、短距離相對定位精度 54表4-15墾丁衛(wèi)星追蹤站質(zhì)量指標(biāo)比較 56表4-16特殊環(huán)境的指標(biāo)比較 58圖目錄圖2-1GPS衛(wèi)星相對定位 8圖2-2多路徑幾何關(guān)系圖 圖2-3時鐘偏差量及頻率穩(wěn)定度解算流程圖 16圖2-4GPS接收儀量測系統(tǒng)追溯圖 18圖3-1強(qiáng)制定心樁的定平機(jī)制 19圖3-2國家GPS校正場平面示意圖 20圖3-3外業(yè)觀測情形 22圖3-4Bernese軟件資料處理流程 27圖3-5Teqc的主要功能 29圖4-1編號A-D接收儀觀測資料量變化 31圖4-2編號A-D接收儀的MP1資料質(zhì)量 31圖4-3編號A-D接收儀的MP2資料質(zhì)量 32圖4-4編號A-D接收儀o/slps資料質(zhì)量 32圖4-5編號E-H接收儀觀測資料量變化 33圖4-6編號E-H接收儀的MP1資料質(zhì)量 33圖4-7編號E-H接收儀的MP2資料質(zhì)量 34圖4-8編號E-H接收儀o/slps資料質(zhì)量 34圖4-9TWTF站所使用的GPS接收儀 35圖4-10TWTF站所使用的銫原子鐘 35圖4-11TWTF站所使用的天線盤 36圖4-12編號F儀器在10月28日的穩(wěn)定度 36圖4-13編號F儀器在10月28日的偏移量 37圖4-14編號A-D每日的穩(wěn)定度 37圖4-15編號A-D每日的偏移量 38圖4-16編號E-H每日的穩(wěn)定度 38圖4-17編號E-H每日的偏移量 39圖4-18A-D型儀器每日短基線定位精度變化 41圖4-19E-H型儀器每日短基線定位精度變化 41圖4-20A-D型儀器每日長基線定位精度變化 42圖4-21E-H型儀器每日長基線定位精度變化 43圖4-22編號A接收儀短距離三軸坐標(biāo)變化量 46圖4-23編號B接收儀短距離三軸坐標(biāo)變化量 46圖4-24編號C接收儀短距離三軸變化量 46圖4-25編號D接收儀短距離三軸變化量 47圖4-26編號E接收儀短距離三軸變化量 47圖4-27編號F接收儀短距離三軸變化量 48圖4-28編號G接收儀短距離三軸變化量 48圖4-29編號H接收儀短距離三軸變化量 48圖4-30編號A接收儀長距離三軸坐標(biāo)變化量 50圖4-31編號B接收儀長距離三軸坐標(biāo)變化量 50圖4-32編號C接收儀長距離三軸坐標(biāo)變化量 50圖4-33編號D接收儀長距離三軸坐標(biāo)變化量 51圖4-34編號E接收儀長距離三軸坐標(biāo)變化量 51圖4-35編號F接收儀長距離三軸坐標(biāo)變化量 52圖4-36編號G接收儀長距離三軸坐標(biāo)變化量 52圖4-37編號H接收儀長距離三軸坐標(biāo)變化量 521第一章前言1-1研究動機(jī)與目的由于全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem，GPS的)作業(yè)快速、方便且高精度,在近十年來已廣泛的應(yīng)用于各種不同的領(lǐng)域，如地殼變形、斷層等方面之偵測以及國家級各級控制點(diǎn)之測設(shè)、地區(qū)控制點(diǎn)之測設(shè)及各種大型土木建筑工程和地殼變動之監(jiān)測等大地測量與工程測量方面。【ISO,1995】除此以外，GPS得到平面坐標(biāo)，同時還有垂直坐標(biāo)，因此應(yīng)用在垂直系統(tǒng)之監(jiān)測與測量,如垂直基準(zhǔn)之測量與補(bǔ)強(qiáng)、大地起伏差之測量、垂直變形之監(jiān)測等；但GPS高程精度相較于水平精度約略遜2~3倍，原因是對流層效應(yīng)不易改正、多路徑效應(yīng)的影響、接收儀內(nèi)部時鐘的誤差以及載波周波脫落現(xiàn)象所致【Leick,1995】。所以不論是用于定位或是變形測量上，最強(qiáng)調(diào)的便是高精度,由于GPS帶來的便利,內(nèi)政部于82及83年分別于陽明山、墾丁、鳳林、金門、北港、太麻里、馬祖、東沙設(shè)置八個衛(wèi)星固定站，由于固定站為全天二十四小時連續(xù)不斷接收衛(wèi)星信息，經(jīng)由國際固定站連測可解八個固定站的絕對坐標(biāo)，并做為各等級衛(wèi)星控制點(diǎn)施測依據(jù)。又因?yàn)楣潭ㄕ径男r連續(xù)觀測，對于GPS衛(wèi)星定位測量之使用單位，如同增加八部的接收儀同時觀測，不但協(xié)助作業(yè)單位提升精度,也可2以滅少接收儀數(shù)目及經(jīng)緊。有鏟于固定站的多種功能下，政府各級單位即積極的架設(shè)固定站，但因缺乏統(tǒng)一的機(jī)制與管理單位，以致于資料格式混鼠不堪，使用者在使用收集來的固定站資料時有所簡忌所，以本研究即擬定一套有效辦法來幫助使用者確，定各個固定站資料的可信度，增加使用者的參考點(diǎn)位。所以本研究采用了六項GP觀S測資料質(zhì)量指標(biāo)，分用是觀測資料數(shù)量、L載1波的多賂徑效應(yīng)（MP1）、L2載波的多賂徑效應(yīng)（MP2）、『觀測資料的筆數(shù)』除以『迥波脫落的數(shù)目』（o/slps）、接收器內(nèi)部時鐘與GP時S鐘的平均偏差量（OffsetforReferenceEpoch，tp）以及接收儀內(nèi)部時鐘的穩(wěn)定度（fp）【葉大綱，李瓊武，2002】，來分析GP觀S測資料質(zhì)量與基線解算精度之相關(guān)性，期望能提供未來的使用者在選用GPS量測設(shè)備之參考，并期望能透過GP觀S測資料的質(zhì)量監(jiān)控，進(jìn)而提升GPS量測之精度。31-2研究方法在本研究中，為了要探討GP固S定站觀測資料質(zhì)量與基線解算精度之相關(guān)性，而全省固定站設(shè)置的地點(diǎn)多樣化所，以環(huán)境因素難以控制所，以吾人在工業(yè)技術(shù)研究院量測技術(shù)發(fā)展中心的GPS校正場進(jìn)行試驗(yàn)，將常用的GP固S定站的接收儀做統(tǒng)一測試，而接受測試的接收儀為AOABenchMark、ASHTECHZ-XII3、LEICARS500、TRIMBLE 5700、TRIMBLE4000SSE等廠牌儀器。因?yàn)榻邮盏攸c(diǎn)都在國家GPS校正場所，以各接收儀的所受到的對流層及電離層誤差效應(yīng)可說是完全相同，這樣可確保在相同的環(huán)境下，針對不同儀器特性對長、短基線對于定位精度的影響，進(jìn)而使用指標(biāo)去驗(yàn)證固定站的觀測資料了，解固定站觀測資料的質(zhì)量，可以提供選用固定站來做相對定位的參考。本研究的外業(yè)于2003年10月29日至2003年11月間6進(jìn)行,取樣間隔設(shè)定為30秒，衛(wèi)星接收仰角為15度,接收時間為連續(xù)接收十天的觀測資料,再收集2002年4月20日到4月25日連續(xù)六天資料,使用UNAVCO所研發(fā)的Teq軟c體來進(jìn)行觀測資料量、MP1、MP2及o/slps這四項指標(biāo)的資料解算【陳春盛，蔡豐吉，2002】，使用瑞士伯恩大學(xué)所研發(fā)的Bernese5.軟0體【Hugentobler，2004】來進(jìn)行接收器內(nèi)部時鐘與GP時S鐘的平均偏差量及接收儀內(nèi)部時鐘的穩(wěn)定度解算。采用了六項觀測資料質(zhì)量指標(biāo)，借以探討各項指標(biāo)與定位精度的相關(guān)性及影響量。進(jìn)而建立一套觀測資料質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，希望能夠藉由此驗(yàn)證流程，當(dāng)儀器發(fā)生故障或追蹤站環(huán)境發(fā)生變化時，能早期發(fā)現(xiàn)問題盡早處理異常狀況，借以確保固定站觀測資料的質(zhì)量。透過網(wǎng)絡(luò)下載IGS連續(xù)追蹤網(wǎng)中的日本USUD衛(wèi)星追蹤站、臺灣TWTF衛(wèi)星追蹤站以及內(nèi)政部北港衛(wèi)星追蹤站的GP觀S測資料,約制4上述二站坐標(biāo)作為主站，分別對各種廠牌型號儀器進(jìn)行短距離(25km，對TWTF站)、長距離（2000km，對USUD站）的基線解算，用以評估固定站常用儀器對于不同基線距離的定位精度。5本論文在資料解算研究上，主要分下列四部分：第一部分：各種廠牌型號接收儀將所接收到的資料以24小時為時段連續(xù)接收十天，進(jìn)行上述6項質(zhì)量指標(biāo)的解算。第二部分：各種廠牌型號接收儀將所接收到的資料以24小時為單位，約制TWTF與USUD上述兩站進(jìn)行短、長距離的基線計算，以求得基線的精度變化。第三部分：將第二部分所求得的X、Y、Z坐標(biāo)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換為臺灣2度分帶N、E、H坐標(biāo)系統(tǒng)，以方便針對平面及高程方向的精度做更進(jìn)一步的探討。第四部份：利用六項指標(biāo)對于墾丁衛(wèi)星追蹤站與一些特殊環(huán)境的觀測資料與長、短基線解算來分析其相關(guān)性。61-3研究內(nèi)容本文之基本架構(gòu)共分為五章，各章節(jié)的研究內(nèi)容簡要概述如下：第一章前言簡：述本研究之主題研、究動機(jī)研、究方法及組織架構(gòu)。第二章理論基礎(chǔ)：闡述GPS相對定位理論及其相關(guān)誤差，并介紹接收儀的觀測資料訊號質(zhì)量指標(biāo)。第三章試驗(yàn)場及實(shí)驗(yàn)說明：概述本研究的試驗(yàn)場“新竹工業(yè)技術(shù)研究院量測中心超短距離基線場＂之位置環(huán)境概況說,明本研究的實(shí)驗(yàn)步驟及試驗(yàn)儀器相關(guān)資料,并介紹Bernese軟件及Teqc處理GPS觀測資料之流程。第四章研究成果與分析：首先，評估GP固S定站常用接收儀的質(zhì)量指標(biāo)；其次，分析短、長距離下所解算出來的定位成果差異;再評估不同的質(zhì)量指標(biāo)對不同距離基線所造成的影響；然后針對墾丁衛(wèi)星追蹤站與特殊環(huán)境干擾來作指標(biāo)分析。第五章結(jié)論與建議：根據(jù)前述之研究過程與結(jié)果分析歸，納出數(shù)點(diǎn)結(jié)論與建議。7第二章理論基礎(chǔ)2-1GPS相對定位理論GPS衛(wèi)星接收儀所記錄的相位觀測量中含有各種誤差，如衛(wèi)星軌道誤差（OrbitError）、衛(wèi)星及接收儀時表誤差（ClockError）、電離層延遲誤差（IonosphericDelay）、對流層延遲誤差（TroposphericDelay）、固定站坐標(biāo)誤差（FixedStationError）、周波脫落（CycleSlips）、整數(shù)周波未定值（IntegerCycleAmbiguity）、噪聲及多路徑Variation）等【陳春盛，蔡豐吉，2002】。伯恩大學(xué)的Bernese5.0對上述所有GP誤S差采用對策如下表所列:表2-1Bernese5.0對于GP誤S差的對策差種類Bernese5.0處理策略軌道誤差衛(wèi)星采用IGS公布之精密星歷(SP3)軌道誤差相關(guān)誤差衛(wèi)星時鐘誤差組成二次差觀測量進(jìn)行解算訊號傳播對流層延遲誤差訊號傳播對流層延遲誤差相關(guān)誤差接收儀相關(guān)誤差正接收儀相關(guān)誤差電離層延遲誤差組成L3二次差相位觀測量天線相位中心變化采用NGS公布之相位中心濾定修正值接收儀時鐘誤差組成二次差觀測量進(jìn)行解算整數(shù)周波未定值求解以QIF(QuasiIono.Free)法搜尋整數(shù)解周波脫落以三次差觀測量進(jìn)行偵測與補(bǔ)償態(tài)起始坐標(biāo)誤差以疊代、漸近方式逐步修正起始坐標(biāo)測站位置測站坐標(biāo)誤差網(wǎng)形平差套合至TWD97之坐標(biāo)8GPS單點(diǎn)定位精度不高的主要原因在于衛(wèi)星和接收儀的時表誤差、衛(wèi)星星厝的誤差，以及大氣層中對流層折射以及電離層折射對于電磁波訊號傳播所造成的時間延遲效應(yīng)亦影響著GPS測量的定位精度。這些誤差于相對定位時，在每個測站的相位觀測量中也依然存在，但是若兩測站若采取同步觀測則，上逑的大部份誤差在進(jìn)行基線矢量計算時，或因誤差大小相同而對消，或因相似而絕大部份已滅小，使得殘留下來的誤差已大大滅少。因此，相對定位的精度蓮大為提高，這也就是相對定位精度會較單點(diǎn)定位為高的主要原因。GPS相對定位簡單的設(shè)，就是求解兩測站之間相對位置的–種定位方法，其目的就是從已知坐標(biāo)之參考點(diǎn)推求出未知點(diǎn)的坐標(biāo)。換白話設(shè)，相對定位的目標(biāo)乃在于決定兩點(diǎn)間之基線矢量ΔRAB，如圖2-1【李旭志，2000】所示：衛(wèi)星3衛(wèi)星4衛(wèi)星衛(wèi)星4衛(wèi)星2衛(wèi)星衛(wèi)星53rA衛(wèi)星13rB3rA衛(wèi)星13rB4rB4rA2rB2r4rB4rA2rB2rA1rA11rA1rB5rB5rARAB測站A測站B圖2-1GPS衛(wèi)星相對定位9假設(shè)在某一坐標(biāo)系中參考測站A的位置矢量RA為已知，若可利用GPS衛(wèi)星決定出在相同坐標(biāo)系中兩點(diǎn)間的基線矢量ΔRAB，而根據(jù)矢量方程式：RB＝RA+ΔRAB則可求得在相同坐標(biāo)系中未知測站B的位置矢量RB，其中：Rj：為各衛(wèi)星之位置矢量（已知）rAj：為測站A至各衛(wèi)星之距離rBj：為測站B至各衛(wèi)星之距離j：為衛(wèi)星編號，例如：1、2、3……相對定位最有效的方法是在參考點(diǎn)與未知點(diǎn)間作同時觀測，『同時』的意義乃是指參考點(diǎn)與未知點(diǎn)必須有足夠相同時段的觀測時間。而在解算基線矢量時，常將原始的相位觀測量進(jìn)行線性組合而產(chǎn)生新的準(zhǔn)觀測量,即所謂的『一次差（Single?Difference）』、『二次差（Double?Difference）』、『三次差（Triple?Difference）』。其主要目的為藉由差分過程來抵銷大部份的系統(tǒng)性誤差，用以提升求解精度【曾清涼，儲慶美，1999】。基線測量時，接收儀在兩個以上的測站，同時接收相同的GPS衛(wèi)星之衛(wèi)星訊號達(dá)30分鐘以上到數(shù)小時不等。通常基線在10km以內(nèi)者，接收1小時即可，基線愈長則相對其接收時間也需要愈久【ISO,1995】。基線測量的精度標(biāo)準(zhǔn)誤差小于5mm+1ppm*L（L：距離,單位km），而應(yīng)用于地殼變動之高精度測量,則要求高達(dá)0.1ppm～0.01ppm之水平【劉美利,2003】。GPS相對定位的優(yōu)點(diǎn)主要有二：1.可消除或減弱一些具有系統(tǒng)性的誤差，如衛(wèi)星和接收儀的時表誤差、衛(wèi)星星歷的誤差、大氣折射誤差等。2.可減少平差計算中未知數(shù)的數(shù)量。因此，原始觀測量的差分模型在工程應(yīng)用以及科學(xué)研究中，都獲得了廣泛的應(yīng)用。但是，上述的差分模型也存在著一些值得重視的缺點(diǎn)，主要缺點(diǎn)有三：1.原始觀測量原本是獨(dú)立的，但經(jīng)過差分之后，將使得各觀測量間擁有相關(guān)性，這種相關(guān)性在平差計算中不應(yīng)被忽視。2.在平差計算中，差分法將使得觀測方程式的數(shù)目明顯的減少。3.在差分的過程中不可避免的將損失一些觀測數(shù)據(jù)。因此，應(yīng)用原始觀測量的非差分模型，進(jìn)行高精度相對定位的研究亦有其應(yīng)用2-2資料質(zhì)量分析指標(biāo)本研究采用了接收儀觀測資料數(shù)目L1載波的多路徑效應(yīng)（MP1）、L2載波的多路徑效應(yīng)（MP2）、『觀測資料的筆數(shù)』除以『周波脫落的數(shù)目』(o/slps)、接收器內(nèi)部時鐘與GP時S鐘的平均偏差量（tp）以及接收儀內(nèi)部時鐘的穩(wěn)定度（fp）這六觀測指標(biāo)，以它們來分析GP觀S測資料質(zhì)量與基線解算精度之相關(guān)性。這五項指標(biāo)的說明如下：2-2-1觀測資料量觀測資料的量對于相對定位有一定影響因，為定位資料越多其能修正誤差量的能力會越好，本研究的觀測資料量指標(biāo)是依據(jù)一天有2880個epochs，而每個epoch能接收到的衛(wèi)星數(shù)不同，所以觀測資料量也會有所不同由，于環(huán)境的不同因素的干擾或者儀器本身的問題過低、L1、L2的資料不成對與C/Acode失鎖等原因，因此觀測資料量列為固定站選擇的指標(biāo)之一。2-2-2多路徑效應(yīng)GPS衛(wèi)星定位測量之多路徑效應(yīng)誤差是指GPS接收儀收錄之衛(wèi)星訊號包含直接路徑及非直接路徑兩部分，非直接路徑訊號是由衛(wèi)星訊號傳輸過程（衛(wèi)星多路徑效應(yīng)）或接收天線周圍環(huán)境（測站多路徑效應(yīng)）經(jīng)折射干擾造成之衛(wèi)星或測站多路徑訊號。假設(shè)考量自地面反射 ep=2h×sinθ(2-2)(2-3)上兩式中：ep=反射訊號之超長θ=衛(wèi)星垂直角β=反射訊號之相位變化λ=訊號波長多路徑效應(yīng)對于GPS觀測而言，乃屬較不易掌握的隨機(jī)誤差，其隨天線周圍反射面的性質(zhì)而異,但若在同一地點(diǎn)，當(dāng)所觀測衛(wèi)星的分布相似時，其效應(yīng)將會重復(fù)出現(xiàn)，即多路徑效應(yīng)具有周期性的特征。hh直接訊號反射訊號相位偏移θθθθ地面hh直接訊號反射訊號相位偏移θθθθ地面90-天線投影點(diǎn)ep(反射訊號之超長)圖2-2多路徑幾何關(guān)系圖2-2-3周波脫落周波脫落簡單的說就是：在相位觀測資料中由于衛(wèi)星失鎖（Lossoflock）而突然產(chǎn)生的相位跳動。失鎖情況的產(chǎn)生原因可能是：（1）衛(wèi)星訊號被周遭地物如樹木、建筑物．．．阻隔。（2）由于電離層效應(yīng)、多路徑效應(yīng)影響導(dǎo)致訊雜比（Signal-to-NoiseRatio）過低。（3）接收儀本身的問題【黃德昌，2003】。周波脫落現(xiàn)象在載波相位測量中是經(jīng)常發(fā)生的，它對距離觀測的影響和周波未定值的影響相似，在精密的定位處理中是一個非常重要的問題，必須小心加以偵測及修復(fù),目前一般軟件皆具有自動偵測及修復(fù)周波脫落之功能。而吾人所采用的指標(biāo)為『觀測資料的筆數(shù)』除以『周波脫落的數(shù)目』，亦即每n個觀測量會產(chǎn)生一個周波脫落,無單位，Teqc采用多項式套合法來偵測周波脫落。其原理是使用一段多項式套應(yīng)于原始資料、一次差資料、二次差資料、三次差資料或雙頻觀測資料的結(jié)合。其方法為先檢查套應(yīng)點(diǎn)內(nèi)有無周波脫落的發(fā)生，若在多項式套應(yīng)視窗內(nèi)，其次預(yù)估下一資料點(diǎn)數(shù)值，若大于預(yù)設(shè)的門檻值，則視為周波脫落。利用此法處理周波脫落需要設(shè)立兩種門檻值，其一為偵測周波脫落的發(fā)生時段，另一則為預(yù)測周波脫落修補(bǔ)值【汪俊寰，2001】。2-2-4接收儀內(nèi)部時鐘與GPS時鐘的平均偏差量在GPS測量中，均要求衛(wèi)星時鐘與接收儀時鐘保持嚴(yán)密同步，如果接收儀時鐘與衛(wèi)星時鐘之間的同步誤差為1μs，則由此所引起的等效距離誤差約為300m。實(shí)際上，盡管GPS衛(wèi)星上均裝有高精度的原子鐘，但是它們與理想的GP時S之間仍存在著難以避免的偏差或漂移，這些偏差的總量均在1ms以內(nèi)，而由此引起的等效距離誤差約可達(dá)300km【曾清涼、儲慶美，1999】。對于衛(wèi)星時鐘的這種偏差可，以透過對衛(wèi)星時表運(yùn)行狀況的連續(xù)監(jiān)測而精確地確定，并用二階多項式來描述。而衛(wèi)星時鐘誤差經(jīng)此改正后，各衛(wèi)星時鐘之間的同步誤差可保持在20ns以內(nèi)，由此引起的等效距離偏差將不會超過6m。一般認(rèn)為時鐘誤差或經(jīng)改正后的殘差，在相對定位中可以透過觀測量差分的方法消除【汪俊寰，2001】。所以吾人針對不同的接收儀內(nèi)部時鐘做評估，以了解各種接收儀內(nèi)部時鐘與GP時S鐘的平均偏差量。要求得此項指標(biāo)，須利用未差分的GPS相位資料，以推求接收儀時鐘誤差。將外業(yè)儀器測試所接收到的相位觀測資料，采用瑞士伯恩大學(xué)天文研究所研發(fā)的Bernese5.軟0體進(jìn)行計算。為了求得較準(zhǔn)確的接收儀時頻訊息，解算前以rnxsm程t式（修正其錯誤）對于相位資料進(jìn)行迥波脫落偵測及平滑化處理外，于參數(shù)預(yù)估程序gpses解t算未知值的過程中，再以resrms程序利用輸出的殘差反覆消除噪聲較大的觀測時段及衛(wèi)星即，可求得接收儀內(nèi)部時鐘偏移量，在本文中將采用『tp』（以秒為單位）來表示這項指標(biāo)【Beutler.G，2000】。然而，由于原子鐘的頻率會不斷飄移所，以無法精確的計算平均值，甚至連標(biāo)準(zhǔn)差都會發(fā)散，所以這里采用Allan所定義的AllanDeviation來進(jìn)行頻率的偏移量及穩(wěn)定度評估【LesageandAyi,1984】。ModifyAllanDeviation的計算方法則是透過資料的二次差分后再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差的計算，至于其計算的公式如下：xk=(xk+1+xk)/2yEQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up1(′),k)=(xk+2-xk)/τ其中：xk：每一時間節(jié)點(diǎn)的飄移量xk：相鄰二時間節(jié)點(diǎn)的平均值N：時間節(jié)點(diǎn)數(shù)2-2-5接收儀內(nèi)部時鐘頻率穩(wěn)定度接收儀內(nèi)部時鐘頻率穩(wěn)定度便是接收儀內(nèi)部時間的變化因，為內(nèi)部時鐘所震蕩出來的每一秒，與標(biāo)準(zhǔn)時間相比，都有些微量的不同【Camparo，1999】。對于GPS的時鐘精度要求極高。除了接收器內(nèi)部時鐘與GPS時鐘的平均偏差量外，接收儀內(nèi)部時鐘頻率的穩(wěn)定度也可能是影響GPS定位的重大因素，所以吾人也將其列入考量。將外業(yè)儀器測試所接收到的相位觀測資料,采用瑞士伯恩大學(xué)天文研究所研發(fā)的Bernese5.0版軟件進(jìn)行計算，以求得接收儀內(nèi)部時鐘頻率穩(wěn)定度,流程如下圖2-2，在本文中將采用『fp』（以秒為單位）來表示這項指標(biāo)。位資料進(jìn)行周波脫落↓標(biāo)準(zhǔn)交換格式將Rinex格式轉(zhuǎn)成使用RESRMS使用RESRMS程式將殘差中雜訊較大的資料消使用RESRMS程式設(shè)定0.02m門檻參數(shù)預(yù)估程序GPSEST解出殘差再使用GPSEST解出第二次殘差參數(shù)預(yù)估求解出時鐘穩(wěn)定度跟時鐘偏移量圖2-2時鐘偏差量及頻率穩(wěn)定度解算流程圖近代科學(xué)家發(fā)明單擺鐘及石英震蕩器，利用單擺或石英晶體的震蕩周期來計時，只要震蕩周期乘上每秒震蕩次數(shù)就是一秒鐘。但上述計時方式易受環(huán)境、溫度、材質(zhì)、電磁場甚至觀測者觀測角度等影響，并不穩(wěn)定，須由天體（地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)、月球公轉(zhuǎn)）的周期來校正。定義以平均太陽日之86400分之一作為秒定義。即1秒=1/86400平均太陽日。然而地球自轉(zhuǎn)并不穩(wěn)定，會因其他星體引力的牽引而改變。1960~1967年CIPM改以地球公轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)，定義公元1900年為平均太陽年。秒定義更改為：一秒為平均太陽年之31556925.9747分之一。20世紀(jì)中葉,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)原子會吸收或放射特定周期的光子，其周期非常穩(wěn)定。1967年舉行的第十三屆國際計量大會(GeneralConferenceonWeightsandMeasures)選擇了以銫原子的躍遷做為秒的新定義即，銫原子同位素133基態(tài)超精細(xì)能階躍遷的9192631770個周期所持續(xù)的時間定為1秒，稱作「原子秒」，新定義使得計時進(jìn)入了原子時的時代，此秒定義一直維持至今。幾十年來,銫原子鐘、氫原子鐘和銣原子鐘這三種時鐘在空間領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，被安裝在衛(wèi)星上或是在地面控制系統(tǒng)中。根據(jù)GPS定位理論,為評估固定基站與校正基點(diǎn)ITRF坐標(biāo)，必須引用到GPS定位之全球組織所公布的參考標(biāo)準(zhǔn)（Reference Standard），而參考標(biāo)準(zhǔn)在計量已知地區(qū)或組織內(nèi)，通常具有最高計量特性的標(biāo)準(zhǔn)。因此，GPS定位校正系統(tǒng)追溯圖整理如圖2-所3示，除了以坐標(biāo)進(jìn)行比對之外，仍須追溯至頻率原級標(biāo)準(zhǔn)（銫原子鐘），方得追溯至國際單位制(SystemeInternational,SI)【Yeh.T.K.，2002】。圖2-3GPS接收儀量測系統(tǒng)追溯圖下面是一些時鐘特性的簡略比較：1.晶體鐘：這類時鐘小巧且便宜，短期穩(wěn)定性能好，但漂移大，準(zhǔn)確度低。2.銣原子鐘：與晶體鐘同屬于二級時頻標(biāo)準(zhǔn)，要用一級時頻標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)，但其性能比晶體鐘好得多。3.氫原子鐘：長短期穩(wěn)定性都特別好，使用壽命長，但頻率準(zhǔn)確度不如銫原子鐘，體積大且成本高。4.銫原子鐘：國際定義的頻率準(zhǔn)確度的一級時頻標(biāo)準(zhǔn)，但其短期穩(wěn)定性一般說不如高穩(wěn)定晶體鐘，成本高，壽命較短。第三章實(shí)驗(yàn)說明及資料處理固定站設(shè)置地點(diǎn)其環(huán)境因素復(fù)雜例如：氣溫、壓力、速度場，所以觀測質(zhì)量難以掌控，所以選定于新竹工業(yè)技術(shù)研究院(以下簡稱工研院)量測技術(shù)發(fā)展中心頂樓進(jìn)行外業(yè)觀測，如此可以減低環(huán)境變化對觀測質(zhì)量影響，本研究采用了六項觀測資料質(zhì)量的指標(biāo)，以探討觀測資料質(zhì)量與基線重復(fù)性的定位精度相關(guān)性。為求獲得精確的分析結(jié)果，在本章中，將針對本研究之試驗(yàn)場說明、實(shí)驗(yàn)步驟、不同GPS接收儀型式及GPS處理軟件等實(shí)驗(yàn)要項加以詳細(xì)說明之。3-1試驗(yàn)場地說明本研究實(shí)驗(yàn)場地位于工研院量測中心頂樓的國家GPS校正場，此試驗(yàn)場采用固定式鋼架樁，并裝置工研院量測中心李瓊武博士所設(shè)計之強(qiáng)制定心樁(如圖3-所1示)，以減少每次觀測的定心誤差，增加儀器的穩(wěn)定度。各個測站通視良好且周遭無遮蔽之建筑物，將可減少多路徑效應(yīng)的影響。于此試驗(yàn)場進(jìn)行觀測其優(yōu)點(diǎn)有：1.測量作業(yè)時，穩(wěn)定度高。2.強(qiáng)制定心及定心板皆已事先調(diào)平，故整置儀器迅速，并可減少人為誤差。3.強(qiáng)制定心精度為±0.03mm，優(yōu)于傳統(tǒng)光學(xué)定心精圖3-1強(qiáng)制定心樁的定平機(jī)制3-2實(shí)驗(yàn)步驟說明一、選定工研院量測中心頂樓的GPS短距離基線校正場(平面示意圖如架設(shè)之衛(wèi)星固定站。圖3-2國家GPS校正場平面示意圖11月6號連續(xù)十天同步接收資料,測試儀器廠牌型式及整置樁位如表3-1所示，外業(yè)觀測情形如圖3-所3示，吾人亦收集2002年4月20日到4月25日的資料以增加指標(biāo)的可信度,儀器型號如表3-2所示，并藉由儀器廠商所提供之轉(zhuǎn)換程序，將各廠牌的原始觀測資料轉(zhuǎn)換成Rinex共通格式，以方便后續(xù)的資料處理。表3-12003年架設(shè)設(shè)儀器廠牌型式及整置樁位一覽表編號整置樁位接收儀廠牌型式天線盤型式觀測時數(shù)ANML3AOABenchMarkAOAD/M_TBNML4ASHTECHZ-XII3ASH700936ECNML5LEICARS500LEIAT504DNML6AOABenchMarkAOAD/M_T表3-22002年所架設(shè)儀器廠牌型式及整置樁位一覽表編號整置樁位接收儀廠牌型式天線盤型式觀測時數(shù)ETNMLBenchMarkDORNEMARGOLINTFNML4AshtechZ-XII3ASH700936EGNML5LEICARS500LEIAT504HNML6TRIMBLE5700TRM29659INML7TRIMBLE4000SSETRM29659圖3-3外業(yè)觀測情形三、探討觀測資料質(zhì)量與長、短距離基線相對定位精度的相關(guān)性，為求獲得高精確度的分析結(jié)果，故連續(xù)進(jìn)行GPS靜態(tài)測量10天，取樣間隔設(shè)定為30秒，觀測衛(wèi)星之最低仰角設(shè)定為15度。四、將接收時間為每24小時為一段。以每24小時解算的成果進(jìn)行坐標(biāo)重現(xiàn)性分析，計算N、E、h三軸坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差合成量作為定位精度指標(biāo)。五、為確定指標(biāo)對于固定站觀測質(zhì)量的實(shí)用性，吾人亦收集內(nèi)政部于民國82年建立的墾丁衛(wèi)星追蹤站2003年3月27到3月29日、10月28號與11月6號與2004年10月28號與11月6號的觀測資料,將六個指標(biāo)對于固定站不同時期的觀測資料的做比較分析。六、本研究分別在三種干擾比較多的環(huán)境下擺設(shè)GPS接收儀，連續(xù)觀測四小時取樣間隔設(shè)定為30秒，觀測衛(wèi)星之最低仰角設(shè)定為15度,此三種環(huán)境分別為：游泳池旁、停車場旁與高壓電塔旁，對于不同環(huán)境干擾可以顯示出六項指標(biāo)的反應(yīng)能力。(一)Dailynumberofobservations：觀測資料的總數(shù),無單位。(二)observations/Cycleslips：顧名思義，此項指標(biāo)為『觀測資料的筆數(shù)』除以『周波脫落的數(shù)目』，無單位，意指多少筆觀測資料所發(fā)生的周波脫落個數(shù)。(三)RMSMP1：L1載波的多路徑效應(yīng)，亦可視為L1載波觀測量的噪聲大小，此噪聲量以公尺為單位。(四)RMSMP2：L2載波的多路徑效應(yīng)，亦可視為L2載波觀測量的噪聲大小，此噪聲量以公尺為單位。八、使用瑞士伯恩大學(xué)天文所所研發(fā)出來的GPS研究軟件Bernese5.0版進(jìn)行解算接收器內(nèi)部時鐘與GP時S鐘的平均偏差量及接收儀內(nèi)部時鐘的穩(wěn)定度這兩項觀測資料質(zhì)量指標(biāo)，并以其進(jìn)行短、長不同距離基線相對定位精度指標(biāo)計算。九、X、Y、Z坐標(biāo)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換為臺灣2度分帶N、E、H坐標(biāo)系統(tǒng)，以方便針對平面及高程方向的精度做更進(jìn)一步的探討與比較。觀測資料質(zhì)量與基線解算精度之相關(guān)性。3-3資料處理在本研究中，觀測資料質(zhì)量指標(biāo)由Teqc及Bernese5.版0學(xué)術(shù)用軟件進(jìn)行解算；而相對定位精度指標(biāo)，則采用Bernese5.0版學(xué)術(shù)用軟件來進(jìn)行解算，現(xiàn)分述如下：3-3-1Bernese軟件過去的發(fā)展Bernese軟件是由瑞士伯恩大學(xué)天文研究所（InstituteofAstronomy,UniversityofBerne）所研發(fā)的，3.0版于1988年3月撰寫而成，并于1988年至1995年間經(jīng)過五次重大的改版，分別是 1988年12月的3.1版、1990年4月的3.2版、1991年5月的3.3版、1993年5月的3.4版以及1995年2月的3.5版。而Bernese4.0版于1996年9月完成改寫，并于2000年8月發(fā)表4.2版，2004年3月再度發(fā)表現(xiàn)行的Bernese5.0版，新的版本新增加的功能如下：訊同步進(jìn)行解算。(1)大幅提升計算衛(wèi)星及接收器時表誤差的能力。(2)可將SLR的觀測資料加入GPS及GLONASS的資料中同時計算。(3)改善對流層模式并提升解算的精度。的資料處理模式。(5)嶄新的讓使用者更加方便操作的Windows視窗交談界面。(6)支援Unix、Linux以及所有WinPC系列的作業(yè)環(huán)境。(7)新資料處理器，使用TCP/IP界面進(jìn)行網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)連線之同步處理。(8)可使用動態(tài)存儲器，擴(kuò)增資料處理之能力。盤相位中心等修正模式。(10)可采用零次差(Zero-difference)處理方式進(jìn)行觀測資料解算。(11)具有更精確修正電碼觀測量之功能。(12)可進(jìn)行精確的動慈定位資料解算。(13)具備解算低孰(LowEarthOrbiters,LEOs)衛(wèi)星孰道之能力。3-3-2Bernese軟件的主要的功能及架構(gòu)Bernese軟件是屬于研究型軟件，以Fortran語言撰寫而成，并附有原始程序，可依實(shí)際需求而進(jìn)行修改，亦可自行加入新的模式。該軟件除了一般性GPS資料處理功能外，另有BPE（BerneseProcessingEngine）可自動化處理GPS資料、計算孰道參數(shù)、極運(yùn)動（PolarMotion）參數(shù)、地球轉(zhuǎn)動（EarthRotation）參數(shù)、推求區(qū)域性及全球性之電離層模式、對流層折射附加參數(shù)與模擬GPS資料之功能，而Bernese軟件資料處理的流程則如圖3-4所示。Bernese程序的主要架構(gòu)有下列五個部分【Beutleretal.,2001】：(1)資料轉(zhuǎn)換：可將RawData、RinexData以及BerneseData之間互相進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以方便使用者進(jìn)行計算。(2)衛(wèi)星孰道：可利用廣播星厝或精密星厝計算出衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)孰道，將衛(wèi)星孰道視為已知，來求解其余未知參數(shù)。其中，IGU預(yù)估星厝孰道精度50cm，可當(dāng)天取得；IGR快速星厝孰道精度10cm，可于兩天后取得；IGS精密星厝孰道精度5cm，可于三天后取得。(3)資料處理：可以處理單頻或雙頻儀器所接收的『虛擬距離』及『載波相位』觀測資料，亦可同時求解GPS及GLONASS衛(wèi)星的信息，并可輸出法方程式，以方便多天的資料進(jìn)行聯(lián)合求解。(4)資料模擬：可根據(jù)所設(shè)定的誤差值，模擬GPS及GLONASS雙頻的觀測資料。(5)雜項工具：可以進(jìn)行資料的編輯修改、合并成果坐標(biāo)檔以及顯示觀測量殘差。3-3-3Bernese軟件的特性及應(yīng)用層面Bernese研究型軟件與一般的商用軟件之特性略有不同，Bernese軟件的特性如下所示【Beutleretal.,2001】：(1)對于單頻及雙頻的觀測資料,計算較為快速。(2)可以長期自動的處理GPS聯(lián)測網(wǎng)的資料,自動計算坐標(biāo)。(3)如果使用IGS精密星歷,可以解算出超過2000km長基線的載波相位未定值。(4)可針對電離層及對流層延遲效應(yīng)進(jìn)行修正，并提供最新的模式供使用者選擇。(5)可進(jìn)行天線盤相位中心修正，即使采用不同型號的GPS接收器及天線盤，亦可進(jìn)行計算。(6)可以模擬GPS及GLONASS衛(wèi)星雙頻的觀測資料。(7)可計算衛(wèi)星軌道，并可以求取地球自轉(zhuǎn)參數(shù)。(8)可進(jìn)行自由網(wǎng)解算，計算測站坐標(biāo)。(9)提供程序原始碼，可自行加入新的模式。IGS精密星厝IGS精密星厝將標(biāo)準(zhǔn)交換格式Rinexformat資料轉(zhuǎn)成Bernese4.2format將精密星厝轉(zhuǎn)成表列型式並輸出衛(wèi)星時錶資訊將精密星厝轉(zhuǎn)成表列型式並輸出衛(wèi)星時錶資訊檢查電碼資料品質(zhì)及標(biāo)示Outliers衛(wèi)星配合極運(yùn)動資料與地球引力位模式計算標(biāo)準(zhǔn)孰道及太陽輻射壓參數(shù)採用配合極運(yùn)動資料與地球引力位模式計算標(biāo)準(zhǔn)孰道及太陽輻射壓參數(shù)採用L3頻率並加入對流層折射改正以電碼觀測量進(jìn)行單點(diǎn)定位及估算接收儀時表改正并將此改正量輸出至相位觀測量中組成相位一次差觀測量輻射壓參數(shù)採用L3頻率輻射壓參數(shù)採用L3頻率偵測迥波脫落及解算三次差檢查相位資料質(zhì)量及標(biāo)示Outliers相位觀測量之迥波脫落偵測與迥波脫落補(bǔ)償依序採用L3依序採用L3頻率重複解算並加入對流層折射改正以相位二次差觀測量進(jìn)行各相關(guān)參數(shù)之估算（測站坐標(biāo)、整數(shù)迥波未定值、對流層附加參數(shù)、孰道元素、…等）圖3-4Bernese軟件資料處理流程Bernese軟件雖然是屬于研究型軟件，對于初學(xué)者學(xué)習(xí)上較為困難，但是軟件中功能強(qiáng)大的資料處理模式仍適合于中、短距離基線的求解，其精度及穩(wěn)定度更遠(yuǎn)超過一般的商用軟件，例如：GPSurvey、AOSS、SKI等。目前，該軟件仍普遍的應(yīng)用在地體動力學(xué)、板塊運(yùn)動、極運(yùn)動、地殼變形等方面之計算，且更常使用在大地測量的資料處理上。此外，亦可進(jìn)行動態(tài)計算及全自動的資料處理,可每天自動處理GPS連續(xù)觀測網(wǎng)的衛(wèi)星追蹤資料。3-3-4Teqc軟件介紹驗(yàn)室共同組成的，該機(jī)構(gòu)之主要宗旨為應(yīng)用高精度GPS于大地測量)所研發(fā)的。該軟件的前身是QC（QualityCheck）軟件，以Fortran程序所撰寫，早期是用來檢驗(yàn)雙頻GPS靜態(tài)及動態(tài)觀測資料之質(zhì)量，唯其兼容度并不高，許多廠牌（如TrimbleDAT,TurboBinary等）的GPS觀測資料必須仰賴其他外部的翻譯器及編輯器來轉(zhuǎn)檔，使用上相當(dāng)不方便。因此，后來又以C語言改版，并加入了翻譯及編輯的功顧名思義，Teqc的主要功能可分為三大部分，如圖2-5所示，茲分別詳述如下：(1)翻譯（Translation）：可以讀入并翻譯各廠牌之Binary格式，并輸出為Rinex共通格式。(2)編輯（Editing）：可用以編輯、修改、切割、接合觀測資料,還可進(jìn)行資料取樣間隔的編修。(3)質(zhì)量檢驗(yàn)（QualityCheck可以用來檢驗(yàn)GPS雙頻靜態(tài)及動態(tài)觀測資料之質(zhì)量好壞。的資料,且該軟件可在一般的PC及UNIX工作站上執(zhí)行,使用者不需付費(fèi)，并無使用版權(quán)上之問題。第四章研究成果及分析本研究實(shí)驗(yàn)的步驟以及資料處理的方法主要的研究軟件為Bernese5.版0及Teqc，利用這兩種研究軟件來進(jìn)行GPS衛(wèi)星測量接收儀資料觀測指標(biāo)的解算分析。然后以學(xué)術(shù)研究軟件Bernese5.版0來進(jìn)行長、短不同基線相對定位的精度解算，借以評估GP觀S測資料質(zhì)量與基線解算精度之相關(guān)性，使用六項指標(biāo)去分析墾丁固定站資料,與去分析不同環(huán)境因素對于指標(biāo)的影響分析。4-1固定站常用接收儀之指標(biāo)計算與分析吾人在工研院超短基線架設(shè)常用的衛(wèi)星定位儀以連續(xù)觀測的方式，將觀測資料量、L載1波的多路徑效應(yīng)（MP1）、L2載波的多路接收器內(nèi)部時鐘與GP時S鐘的平均偏差量（tp）、接收儀內(nèi)部時鐘的穩(wěn)定度（fp）等六項質(zhì)量指標(biāo)的解算。前四項指標(biāo)是以UNAVCO所研發(fā)的TEQC軟件解算而得，而最后二項內(nèi)部時鐘的指標(biāo)則是以瑞士伯恩大學(xué)天文所研發(fā)的Bernese5.版0軟件計算而得。4-1-1Teqc解算觀測資料質(zhì)量成果固定站觀測資料指標(biāo)的分析使用2003年10月2號8連續(xù)觀測到11月號6共十天資料,還收集2002年4月2號0到2號5觀測資料,加以統(tǒng)整分析增加指標(biāo)的精確性，為了解指標(biāo)是否可以用來有效分析固定站資料,利用本研究之質(zhì)量檢核軟件Teqc進(jìn)行解算。所求得的固定站觀：測資料量、接收儀之L載1波的多路徑效應(yīng)（MP1）、L2載波的多路如表4-1與表4-2，僅取平均表示之，其結(jié)果如圖4-1到4-8，完整資料解算詳列附錄A。表4-1不同型號接收儀之觀測量、MP1、MP2、o/slps編號資料量MP1(m)MP2(m)o/slpsA0.420.70274B236320.280.38C202750.180.18D243410.120.22418圖4-1圖4-1編號A-D接收儀觀測資料量變化觀測資料量筆數(shù)0天數(shù)ABCDMP1公尺0.50.45 0.40.35 0.30.25 0.20.15 0.10.05012345678910天數(shù)A B CD圖4-2編號A-D接收儀的MP1資料質(zhì)量`MP2公尺0.80.70.60.50.40.30.20.10A B C D12345678910天數(shù)圖4-3編號A-D接收儀的MP2資料質(zhì)量140012001000800600400200012345678910天數(shù)A B C D圖4-4編號A-D接收儀o/slp資s料質(zhì)量由表4-1分析得到，觀測資料量指標(biāo)中以D編號儀器資料量最多，A儀器資料量最少，多路徑效應(yīng)MP1與MP2指標(biāo)中編號D儀器最好，而編號B多路徑效應(yīng)大，周波脫落指標(biāo)中以編號C周波脫落嚴(yán)重。表4-2不同型號接收儀之觀測量、MP1、MP2、o/slps編號資料量MP1(m)MP2(m)o/slpsE213100.380.47F0.110.13G0.290.36H0.181資料量筆2500020000150001000050000123456天數(shù)E F GH圖4-5編號E-H接收儀觀測資料量變化MP1公尺0.80.70.60.50.40.30.20.10123456天數(shù) E F GH圖4-6編號E-H接收儀的MP1資料質(zhì)量公尺1.2 0.80.60.40.20MP2123456天數(shù) EF G H圖4-7編號E-H接收儀的MP2資料質(zhì)量100001000100E F G H天數(shù)圖4-8編號E-H接收儀o/slp資s料質(zhì)量由上表的得知，編號F接收儀在Mp1與Mp2指標(biāo)中有良好的質(zhì)量，而編號H接收儀在多路效應(yīng)指標(biāo)與周波脫落指標(biāo)中質(zhì)量都不理想。4-1-2Bernese5.0版解算資料質(zhì)量成果本研究之質(zhì)量檢核軟件Bernese5.0版進(jìn)行解算。在解算內(nèi)部時鐘偏移量及頻率穩(wěn)定度時，須選擇接收儀之內(nèi)部時頻為標(biāo)準(zhǔn)，本研究中所選擇的是IGS站中臺灣的TWTF站仍須取一個參考頻率源作為標(biāo)準(zhǔn)（即假設(shè)該頻率源的時間偏移量為零);由于目前國際時頻標(biāo)準(zhǔn)的定義仍采用1967年第13屆國際度量橫大會的決議：1秒等于銫133原子于基態(tài)之兩個超精細(xì)能階間躍遷時所放出輻射周期的9192631770倍時間【ISO,1995】。故在本文中，選擇由國家時間及頻率標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)維持的TWTF站當(dāng)作頻率參考站，該站所采用的GPS接收儀為AshtechZ-XII3T（如圖4-9所示），且該接收儀外接HP5071A銫原子鐘（如圖4-10所示），并配合ASH701945C_M環(huán)形天線盤（如圖4-11所示同樣是全年24小時不間斷的接收GPS觀測資料。其時鐘偏移量及頻率穩(wěn)定度皆達(dá)一定之水平，且優(yōu)于一般GPS接收儀內(nèi)部的晶體時鐘。因此，在本節(jié)中使用相位推求接收儀內(nèi)部時鐘偏移量及頻率穩(wěn)定度時，將以該接收儀之內(nèi)部時頻為標(biāo)準(zhǔn)（即假設(shè)其內(nèi)部時鐘偏移量及頻率穩(wěn)定度為0來進(jìn)行后續(xù)的資料處理。所求得的各種編號接收儀之內(nèi)部時鐘的平均偏差量（tp，以秒為單位）以及內(nèi)部時鐘的穩(wěn)定度（fp，以秒為單位）。圖4-9TWTF站所使用的GPS接收儀圖4-10TWTF站所使用的銫原子鐘圖4-11TWTF站所使用的天線盤使用Bernese5.0計算出來的時間穩(wěn)定度與時間偏移量部分，使用Stable32軟件以30秒1筆為取樣間隔，求出Sigma的數(shù)值為fp的部分，tp的計算也是使用軟件的積分功能計算出線性化后的頻率數(shù)值，晶體時鐘所表現(xiàn)出來的tp(如圖4-12)與fp(如圖4-13部)分，各編號儀器內(nèi)部時鐘的穩(wěn)定度與偏移量取平均后，詳列于表4-3與4-4，其成果如圖4-14到4-16，詳細(xì)計算成果如附錄B。圖4-12編號F儀器在10月28日的穩(wěn)定度圖4-13編號F儀器在10月28日的偏移量表4-3A-D編號號儀器內(nèi)部時鐘的穩(wěn)定度與偏差量編號fp(秒)tp秒()A-5.726998E-13B1.283159E-12C8.29E-118.673095E-14D2.95E-09-4.355576E-13穩(wěn)定度Fp(秒)1.00E-081.00E-091.00E-101.00E-11ABCD12345678910天數(shù)圖4-14編號A-D每日的穩(wěn)定度偏差量Tp(秒)2.00E-121.50E-121.00E-125.00E-130.00E+00-5.00E-13-1.00E-12-1.50E-12-2.00E-1212345678910天數(shù)A B C D圖4-15編號A-D每日的偏移量表4-4E-H編號號儀器內(nèi)部時鐘的穩(wěn)定度與偏差量編號fp(秒)tp秒()E5.08E-111.859516E-12F4.67E-08-1.639230E-07G3.76E-061.242315E-09H3.82E-061.888646E-07穩(wěn)定度p1.00E-041.00E-051.00E-061.00E-071.00E-081.00E-091.00E-101.00E-11123456天數(shù)E F G H圖4-16編號E-H每日的穩(wěn)定度偏移量Tp(秒)8.00E-076.00E-074.00E-072.00E-070.00E+00-2.00E-07-4.00E-07-6.00E-07-8.00E-07-1.00E-06-1.20E-06123456天數(shù)——國—E-世-FG--e--H圖4-17編號E-H每日的偏移量由上逑表4-3分析得到，在內(nèi)接時間鐘的穩(wěn)定度指標(biāo)來看，其穩(wěn)定度指標(biāo)數(shù)值越小為越穩(wěn)定，而內(nèi)部時間的頻率偏移量也是越小越好，其中以編號C的儀器穩(wěn)定度最佳而儀器編號D的穩(wěn)定度最差，而在時鐘偏移量部分依然是以編號C的儀器偏移量最小，而偏移量最大的是編號B的儀器；在表4-4我們分析資料得到編號E的穩(wěn)定度與偏移量都是最小，而編號H的穩(wěn)定度與偏移量都是最大的。綜合表4-1到4-4的成果，綜合分析發(fā)現(xiàn)每一臺儀器都有不同的表現(xiàn)，質(zhì)量指標(biāo)各有優(yōu)劣之處即使相同型號儀器其指標(biāo)表現(xiàn)也不盡相同所，以無法直接判斷GPS固定站接收儀的儀器與指標(biāo)的直接關(guān)系；因此，接下來將探討各型儀器在短、長基線定位精度之表現(xiàn)，來分析上逑各項指標(biāo)與定位精度之相關(guān)性。為了評估各編號儀器對于不同基線距離的定位精度,本研究透過網(wǎng)絡(luò)下載IGS連續(xù)追蹤網(wǎng)中的日本USUD衛(wèi)星固定站、臺灣TWTF衛(wèi)星固定站站，約制上述兩坐標(biāo)作為主站，分別對各廠牌型號儀器進(jìn)行短距離（25km，對TWTF站）、長距離（2000km，對USUD站）的基線解算。4-2-1短距離基線分析吾人透過IGS連續(xù)追蹤網(wǎng)中的臺灣TWTF衛(wèi)星固定站為主站，分別對不同儀器進(jìn)行相對定位計算。將Bernses5.計0算基線成果取標(biāo)準(zhǔn)偏差值，而基線長度則取平均值來計算，將得到各點(diǎn)基線成果的變化量如表4-5、4-6，吾人將每天定位成果與平均值做比較成果如圖4-18與圖4-1所9示，詳細(xì)計算成果如附錄C。表4-5A-D編號儀器短基線的定位精度編號平均值(m)中誤差(m)A24839.1207B24838.4539C24837.7478D24868.87760.0011短基線定位中誤差0.0030.0020.0010.000-0.001-0.002-0.003A B C D12345678天數(shù)圖4-18A-D型儀器每日短基線定位精度變化表4-6E-H編號儀器短基線的定位精度編號平均值(m)中誤中誤E24838.44040.0017F24837.72950.0017G24868.87630.0012H24872.88740.0010短基線定位中誤差0.0040.0030.0020.0010.000-0.001-0.002-0.003E F G H天數(shù)圖4-19E-H型儀器每日短基線定位精度變化4-2-2長距離基線精度分析吾人以IGS連續(xù)追蹤網(wǎng)中的日本USUD衛(wèi)星追蹤站為主站，分別對不同編號的儀器進(jìn)行相對定位計算，以天為單位來做基線解算，將基線做標(biāo)準(zhǔn)偏差，將每日基線長度取平均值如表4-7、4-所8示，將可以得到基線每天計算結(jié)果的變化量,亦將各儀器每日基線長度對于平均值取差值如圖4-7與圖4-所8示。表4-7A-D編號儀器長基線的定位精度編號平均值(m)中誤差(m)A2074028.88330.0146B2074028.40660.0145C2074027.87170.0125D2074058.8552長基線定位中誤差0.030.020.010.00A B----C——D天數(shù)圖4-20A-D型儀器每日長基線定位精度變化表4-8編號E-H儀器長基線的定位精度編號平均值(m)中誤差(m)E2074028.43980.0061F2074027.90490.0076G2074058.89900.0077H2074062.74950.0066長基線定位中誤差0.01000.00500.0000天數(shù)E FG 圖4-21E-H型儀器每日長基線定位精度變化4-2-3綜合評估分析從2003年外業(yè)收集的觀測資料編號A-D接收儀器來分析，從時鐘穩(wěn)定度的指標(biāo)看來C的穩(wěn)定度(fp)最好，其組合長距離基線時精度也是最高，但是其組合短距離基線時成果最差，而編號C的儀器頻率穩(wěn)定最低，組基線的精度有還不錯的表現(xiàn)，從表4-可1以發(fā)現(xiàn)編號的C觀測資料最好，而編號A的觀測資料最差，但是編號A的接收儀對于組基線解算成果中并無較差表現(xiàn)；我們同時引入2002年的資料來看，從表 4-的2成果來看觀，測資料量指標(biāo)中以編號E儀器最多其穩(wěn)定度也是最高，在組合長距離基線時其精度亦是最高，但是短基線精度最高的編號H儀器其穩(wěn)定度卻不佳，所以觀測資料指標(biāo)對于基線穩(wěn)定度并沒有太大關(guān)聯(lián),而我們解算精度長短基線的相差都不超過2mm，可以說精度相當(dāng)良好，也完全符合內(nèi)政部制訂一等衛(wèi)星控制點(diǎn)的規(guī)范。為了分別針對坐標(biāo)N、E、h方向進(jìn)行探討，吾人先透過內(nèi)政部所提供的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序?qū)、Y、Z坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為N、E、h坐標(biāo)，以方便針對平面方向以及高程方向的穩(wěn)定度做更進(jìn)一步的探討。4-3-1短距離相對定位坐標(biāo)分析吾人以IGS連續(xù)追蹤網(wǎng)中的臺灣TWTF衛(wèi)星固定站為主站，將每天計算而得的N、E、h坐標(biāo)分別減去其平均值來進(jìn)行坐標(biāo)重現(xiàn)性分析，計算各型儀器短距離相對定位N、E、h三軸坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差及其合成量作為定位精度指標(biāo)，其成果取平均如表4-9、4-1所0示，其中水平分量為N、E平方后相加開根號得其成果，在三維合成量部分，是將N、E、h平方后將加開根號所得，并將成果繪制成圖如圖4-22到4-29，將可以得到各測站坐標(biāo)分量的變化量。表4-9編號A-D短距離定位N、E、h三軸坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差及三維合成量編號N(mm)E(mm)h(mm)水平(mm)合成量(mm)A2.17.4BCD0.9中誤差0.0200.0150.0100.0050.000-0.005-0.010A12345678天數(shù)NE h圖4-22編號A接收儀短距離三軸坐標(biāo)變化量中誤差0.0150.0100.0050.000-0.005-0.010-0.015B1234567天數(shù) N Eh圖4-23編號B接收儀短距離三軸坐標(biāo)變化量C中誤差0.0140.0120.0100.0080.0060.0040.0020.000-0.002-0.004-0.006N E h12345678天數(shù)圖4-24編號C接收儀短距離三軸變化量D中誤差0.0100.0080.0060.0040.0020.000-0.002-0.004-0.006-0.008-0.010-0.012N E h12345678天數(shù)圖4-25編號D接收儀短距離三軸變化量表4-10編號E-H短距離定位N、E、h三軸坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差及三維合成量編號N(mm)E(mm)h(mm)水平(mm)合成量(mm)E2.02.02.9F0.92.6GH0.9E中誤差0.0040.0030.0020.0010-0.001-0.002-0.003-0.004天數(shù)N E h圖4-26編號E接收儀短距離三軸變化量中誤差0.0200.0150.0100.0050.000-0.005F12345天數(shù)N E h圖4-27編號F接收儀短距離三軸變化量G中誤差0.0080.0060.0040.0020.000天數(shù)N E h圖4-28編號G接收儀短距離三軸變化量H中誤差0.0080.0060.0040.0020.000-0.002-0.004-0.006-0.00812345天數(shù)N E h圖4-29編號H接收儀短距離三軸變化量從表4-9來分析，平面方向編號B與編號D的儀器精度最高為1.5mm，從合成量來看以編號C的儀器精度最高其變化量為5.3mm，而編號A的儀器在短基線中平面與合成量都是最差，而從表4-10來看平面精度最高為編號H的儀器其變化量為1.4mm，而合成量卻是編號E的儀器精度比較高。4-3-2長距離相對定位坐標(biāo)分析吾人以IGS連續(xù)追蹤網(wǎng)中的日本USUD衛(wèi)星固定站為主站，分別對不同儀器進(jìn)行相對定位計算，所獲得的成果如下表4-11、4-12，這里僅取平均所示，完整資料解算成果列于附錄。將計算而得的基線長減去其平均值，并將成果繪制成圖，將可以得到各基線每天計算變化量,其成果圖如圖4-30到4-37表4-11編號A-D長距離N、E、h三軸坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差及三維合成量編號N(mm)E(mm)h(mm)水平(mm)合成量A6.925.829.9B6.723.829.8C7.024.4D6.721.027.4中誤差0.0400.0300.0200.0100.000A E h天數(shù)圖4-30編號A接收儀長距離三軸坐標(biāo)變化量中誤差0.0500.0400.0300.0200.0100.000B E h天數(shù)圖4-31編號B接收儀長距離三軸坐標(biāo)變化量C中誤差0.0400.0300.0200.0100.000天數(shù) E h圖4-32編號C接收儀長距離三軸坐標(biāo)變化量D0.0400.0300.0200.0100.000 E h天數(shù)圖4-33編號D接收儀長距離三軸坐標(biāo)變化量表4-12編號E-H長距離N、E、h三軸坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差及三維合成量編號N(mm)E(mm)h(mm)水平(mm)合成量EF6.77.8GH6.720.4E中誤差0.0350.0300.0250.0200.0150.0100.0050.000-0.005-0.010-0.015-0.02