GPS技術(shù)在大氣探測中的應(yīng)用探討

諶朝陽 王懷宇 譚世暾

摘要：科學(xué)技術(shù)的飛速進步，使得人們對于各個地區(qū)的探索都在不斷的深入。通過使用多種類型的高科技設(shè)備和技術(shù)，科研人員無需本人前往便能夠完成復(fù)雜區(qū)域的探測工作。這對于人類社會的發(fā)展進步有著十分積極的作用。本文作者主要以GPS作為主要的研究對象，針對GPS的相關(guān)技術(shù)在進行大氣探測過程的應(yīng)用進行深入分析以及探討。對于大氣探測的進一步發(fā)展有著重要的作用。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；大氣探測；應(yīng)用

在整個地球生態(tài)系統(tǒng)中，大氣圈發(fā)揮著十分重要的作用，因此不斷的探索大氣的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)就成為技術(shù)發(fā)展中一項十分必要的工作。長期以來，探測技術(shù)都相對落后，因此無法對于地球大氣有一個較為準確的探測，因此對于地球大氣系統(tǒng)的認識也十分模糊。如何借助GPS技術(shù)使人們對于地球生態(tài)系統(tǒng)以及大氣圈有一個更加清晰的認識就成為今后大氣探測工作的重點。

一、GPS技術(shù)和大氣探測的內(nèi)涵

（一）GPS技術(shù)的概念

20世紀50年代，美軍在發(fā)展一個項目時研發(fā)了GPS技術(shù)，主要是為了對海陸空軍隊提供全球范圍內(nèi)的導(dǎo)航，以使其能夠更加高效的完成任務(wù)?？墒牵珿PS技術(shù)的不斷進步，國際形勢的變化，使得在各種民用領(lǐng)域也廣泛的運用了GPS技術(shù)?，F(xiàn)今，人們生活、工作的方方面面都離不開GPS技術(shù)，它為人們的生活提供了很多的便利，甚至在一定程度上加速了人類社會的進步。GPS技術(shù)的主要組成部分可以分成下述三個方面：第一，空間部分，其主要由正在工作的24顆人造衛(wèi)星組成，一般情況下，在對衛(wèi)星的發(fā)射角度和運行軌跡進行合理的設(shè)置后，便能夠保證地球上的任一點都會有至少四顆衛(wèi)星在對其進行檢測；第二，地面控制系統(tǒng)，其主要功能是將衛(wèi)星傳遞過來的各種信息傳遞到用戶手中。第三，用戶終端部分，主要包括GPS信號接收器。

（二）大氣觀測工作的具體內(nèi)容

大氣探測工作的具體內(nèi)容就是借助各種現(xiàn)代化的儀器、現(xiàn)代化探測技術(shù)來對地球表面大氣圈內(nèi)的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)開展探測和研究。在地球生態(tài)圈內(nèi)，大氣圈是極為主要的組成部分，大氣圈的運行情況對于地球生態(tài)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有著很大的影響。所以，行業(yè)相關(guān)部門一定要給予大氣探測工作足夠的重視，并借助及時、高效、準確的大氣圈情況來保證生態(tài)環(huán)境保護工作的水平?，F(xiàn)今，在各類大氣探測工作中都廣泛的使用了GPS技術(shù)，這對于我國大氣探測工作的進步有著十分積極的作用，并且產(chǎn)生了GPS氣象這門學(xué)科。

二、大氣探測工作中的GPS技術(shù)

近些年，大氣探測領(lǐng)域逐漸受到相關(guān)技術(shù)人員的重視程度，相關(guān)的工作人力以及資金的投入力度都在不斷增強，而GPS技術(shù)作為一種良好的手段與大氣探測工作進行了有效的結(jié)合應(yīng)用，針對應(yīng)用模塊進行分析，就可以發(fā)現(xiàn)，主要的應(yīng)用過程分為以下幾個模塊。

（一）空基GPS大氣探測技術(shù)

GPS技術(shù)在大氣探測過程中的應(yīng)用首先就體現(xiàn)在空基GPS大氣探測技術(shù)，也就是在近地軌道衛(wèi)星系統(tǒng)中的某一位置安裝好GPS信號接收器，這樣便能夠獲得較高軌道GPS衛(wèi)星的各種信號。傳播這些微波信號時，需要經(jīng)過中性大氣層，但是這一大氣層卻會對GPS信號產(chǎn)生遮掩方面的影響，這樣便能夠借助信號中表現(xiàn)出來的附加延遲量、根據(jù)反演理論等來確定好大氣溫度、濕度、壓強等各項參數(shù)。使用空基GPS大氣探測技術(shù)開展工作時，就是等GPS衛(wèi)星發(fā)出來的微波信號到達距地表85KM的中間大氣層時，微波信號的傳播路徑便會有一定的改變，并且還會產(chǎn)生1mm左右的信號延遲。且這一信號延時會隨著微波信號傳播路徑的改變而持續(xù)的增加，待到達地表GPS信號接收器部分時，信號樣式能夠達到1000米左右。所以，如果GPS信號在穿越大氣層時出現(xiàn)了6位數(shù)級的信號延遲，則對這些信息使用低軌衛(wèi)星雙頻GPS信號機處理后，還需要再使用計算機來測算信號的載波相位和具體的延時，這樣才可以得到更為準確的大氣狀況因素信息。

（二）地基GPS大氣探測技術(shù)

一般條件下，實際使用地基GPS技術(shù)開展各項工作時，一定要從外太空GPS衛(wèi)星發(fā)射出的GPS微波信號中捕捉到通過電離層和大氣層的相關(guān)信息。但這一過程會受到大氣圈內(nèi)較大的電磁干擾，因此信號的傳遞速度會變得越來越慢，最終便會導(dǎo)致地表信號接收器無法及時的接收到GPS微波信號。有關(guān)研究表明，電離層所導(dǎo)致的信號干擾和電離層的電磁頻率間有著很大的聯(lián)系，因此使用雙頻GPS接收器便可以較為準確的測定因電離層而引起的信號延遲。不僅如此，如果GPS微波信號通過了大氣層，則由于大氣層本來是不帶電的，所以信號的延時和電磁頻率間沒有直接的關(guān)系，只和大氣層本身的構(gòu)成狀況有關(guān)。這樣的方式有利于第一時間獲得大氣狀況的各種因素信息。

（三）GPS探空探測技術(shù)

迄今為止，對于GPS技術(shù)應(yīng)用頻率比較高的另一項應(yīng)用便是探空觀測工作。使用這一技術(shù)開展實際工作時，需要借助探空儀器所攜帶的GPS信號將探空儀器升高到規(guī)定的高度，并使用GPS系統(tǒng)的定位功能來較為準確的測量高空風(fēng)。現(xiàn)今，較為常用的GPS探空站一般由由遙測接收系統(tǒng)、地表信號接收單位、氣象觀測儀器、探空儀器這幾部分組成。GPS探空儀器需要使用氣球才能夠升至空中，待其升到規(guī)定的高度后，便能夠連續(xù)的發(fā)射信號，并且地表的遙測系統(tǒng)能夠完成對于探空儀器的追蹤。所獲得的這些信息在完成信號處理之后便可以還原成各種氣象信息。與其它技術(shù)相比，GPS探空觀測技術(shù)的靈活性更強，在任何的工作環(huán)境中都有著良好的適用性。但使用這一技術(shù)開展工作時，對于探空儀器的各方面性能有著較高的要求。

三、大氣探測工作加GPS技術(shù)的應(yīng)用分析

通過上述文章中，針對在進行大氣探測過程中進行GPS技術(shù)的三種應(yīng)用方式，地基、空基以及探空探測技術(shù)，可以進一步得出以下的應(yīng)用分析，空間無線電掩星技術(shù)作為首要的借助GPS裝置進一步可以借助實際運行中的信號中表現(xiàn)出來的附加延遲量，以實際數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，根據(jù)反演等相關(guān)的理論等進一步針對大氣的溫度、濕度以及大氣的壓強等參數(shù)進行準確的核對；其次就是地基GPS的探測應(yīng)用，通過合理利用GPS技術(shù)，可以有效避免因為大氣圈內(nèi)存在的電磁干擾所導(dǎo)致的信號傳遞速度會變慢的狀況，合理改善地表信號接收器對于GPS微波信號的接收工作。在此種應(yīng)用下，相關(guān)的工作人員可以利用GPS技術(shù)及時有效的掌握相關(guān)的大氣情況以及特征，減少隱患問題；最后的一個重要應(yīng)用就是對于探空探測的應(yīng)用，主要是利用GPS探空儀器，結(jié)合地表的遙測系統(tǒng)進行信號的追蹤，在針對獲得的這些信息進行相應(yīng)的信號處理后，可以轉(zhuǎn)化成相關(guān)技術(shù)人員所需要的各種氣象信息。靈活方便，針對不同的環(huán)境都可以實現(xiàn)較好的適應(yīng)。以上三種應(yīng)用技術(shù)充分結(jié)合GPS技術(shù)，實現(xiàn)了大氣探測工作的進一步發(fā)展以及完善。

結(jié)語：

綜合本文論述我們知道，GPS技術(shù)的持續(xù)發(fā)展進步，為大氣探測技術(shù)水平的提升打下了一個良好的基礎(chǔ)，同時能夠更好的服務(wù)我國各個行業(yè)?？蒲腥藛T實際開展大氣圈探測工作時，一定要持續(xù)深入自己對于大氣探測圈系統(tǒng)運行狀況的認識，這樣才能夠更好的保護地球上的生態(tài)系統(tǒng)。不僅如此，工作人員還必須對GPS技術(shù)在大氣探測工作中的積極作用有一個正確的認識，這樣才能夠更好的促進我國大氣觀測事業(yè)的進步。

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