海潮負荷效應及利用GPS技術(shù)建立海潮負荷位移模型研究

趙 紅

國家測繪地理信息局大地測量數(shù)據(jù)處理中心，陜西 西安 710054

海潮負荷效應的影響對目前精度要求越來越高的導航定位而言，特別是對于近海區(qū)域高精度定位已成為不容忽視的重要影響因素之一。當前對于海潮負荷效應的研究主要是利用全球海潮模型予以修正，但現(xiàn)有全球海潮模型在公海區(qū)域精度較高，而在近海區(qū)域精度較差，從而影響了全球海潮模型的整體精度。因此，為有效提高定位精度，迫切需要構(gòu)建高精度的海潮模型。隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS的快速發(fā)展，利用全球定位系統(tǒng)GPS技術(shù)反演海潮負荷，相比傳統(tǒng)利用重力及甚長基線干涉測量，有著全球覆蓋、測站數(shù)多、全天候、成本低等諸多優(yōu)勢，為海潮模型的精化與建立提供了有效的技術(shù)手段，對海潮負荷效應的深入研究具有重要的理論意義和參考價值。

據(jù)此，本文主要利用GPS技術(shù)開展了海潮負荷效應及利用GPS技術(shù)建立高精度海潮模型的研究。系統(tǒng)研究了海洋潮汐與海潮負荷基本理論，針對目前現(xiàn)有海潮負荷位移模型整體精度較低等問題，重點開展了利用高精度近海資料對全球海潮模型的局部改進、及利用GPS精密單點定位技術(shù)反演高精度海潮模型的研究，提出并建立了多種利用GPS PPP技術(shù)求解海潮負荷位移模型的新算法，取得了較為顯著的成果。本文主要內(nèi)容如下：

(1) 系統(tǒng)研究了潮汐效應對沿海區(qū)域高精度GPS精密定位的影響，將現(xiàn)有潮汐改正模型應用于香港地區(qū)，獲取了潮汐的影響規(guī)律，固體潮影響最大，海潮次之，極潮最小，且三者影響量級分別為厘米級、厘米級、毫米級；潮汐對GPS單天解的影響小于動態(tài)解，且潮汐的影響存在明顯的周期變化但不能通過長期觀測完全消除。

(2) 深入研究了海潮負荷對衛(wèi)星重力場恢復的影響，采用FES2004和GOT00全球海潮模型計算分析了海潮負荷效應對衛(wèi)星重力場前60階的影響，結(jié)果表明海潮對重力場前35階的影響都超過了重力場恢復精度，并采用海潮模型差異作為模型精度估計量，計算分析了海潮模型誤差對衛(wèi)星重力結(jié)果的影響，揭示出該影響與近海效應的影響幾乎相當。

(3) 采用高精度近海潮汐資料深入研究了全球海潮模型的精度分布特征，發(fā)現(xiàn)各全球海潮模型在近海區(qū)域均存在精度低的現(xiàn)象，提出了利用近海模型對全球海潮模型進行局部精化，對比分析了經(jīng)近海模型精化前后的垂直位移與重力結(jié)果，結(jié)果表明利用近海模型對全球海潮模型進行精化可提高全球模型的整體精度。

(4) 針對香港地區(qū)缺少驗潮站而無法構(gòu)建高精度近海模型的問題，本文研究并提出了采用GPS 3小時重疊時段的動態(tài)PPP算法獲取香港地區(qū)GPS測站坐標時間序列，進而結(jié)合調(diào)和分析方法與最小二乘擬合法，有效構(gòu)建了香港地區(qū)高精度區(qū)域海潮模型。

(5) 提出并建立了將海潮負荷三維位移影響作為未知參數(shù)直接引入GPS PPP模型中進行實時逐歷元估計，并采用調(diào)和分析建立海潮模型的新算法。相比常規(guī)估計方法，該算法有效避免了未知參數(shù)過多產(chǎn)生秩虧及降低解算效率等問題。

(6) 針對GPS定位模式殘余誤差會導致求解海潮潮波參數(shù)需長時間收斂才能得到穩(wěn)定解等問題，提出并建立了利用全球海潮模型作為先驗信息約束的PPP技術(shù)求解海潮負荷位移模型的新算法。實例結(jié)果揭示相比常規(guī)PPP技術(shù)附加先驗信息約束的PPP算法，可明顯加速各個潮波收斂速度，有效提高潮波精度，且建立的模型與近海模型精化后的全球海潮模型精度相當。