GPS技術在大氣探測中的應用探討

諶朝陽 王懷宇 譚世暾

摘要：科學技術的飛速進步，使得人們對于各個地區的探索都在不斷的深入。通過使用多種類型的高科技設備和技術，科研人員無需本人前往便能夠完成復雜區域的探測工作。這對于人類社會的發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的相關技術在進行大氣探測過程的應用進行深入分析以及探討。對于大氣探測的進一步發展有著重要的作用。

關鍵詞：GPS技術；大氣探測；應用

在整個地球生態系統中，大氣圈發揮著十分重要的作用，因此不斷的探索大氣的物理性質和化學性質就成為技術發展中一項十分必要的工作。長期以來，探測技術都相對落后，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的認識也十分模糊。如何借助GPS技術使人們對于地球生態系統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技術和大氣探測的內涵

（一）GPS技術的概念

20世紀50年代，美軍在發展一個項目時研發了GPS技術，主要是為了對海陸空軍隊提供全球范圍內的導航，以使其能夠更加高效的完成任務。可是，GPS技術的不斷進步，國際形勢的變化，使得在各種民用領域也廣泛的運用了GPS技術。現今，人們生活、工作的方方面面都離不開GPS技術，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顆人造衛星組成，一般情況下，在對衛星的發射角度和運行軌跡進行合理的設置后，便能夠保證地球上的任一點都會有至少四顆衛星在對其進行檢測；第二，地面控制系統，其主要功能是將衛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容

大氣探測工作的具體內容就是借助各種現代化的儀器、現代化探測技術來對地球表面大氣圈內的物理性質、化學性質開展探測和研究。在地球生態圈內，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系統的安全穩定運行有著很大的影響。所以，行業相關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環境保護工作的水平。現今，在各類大氣探測工作中都廣泛的使用了GPS技術，這對于我國大氣探測工作的進步有著十分積極的作用，并且產生了GPS氣象這門學科。

二、大氣探測工作中的GPS技術

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

（一）空基GPS大氣探測技術

GPS技術在大氣探測過程中的應用首先就體現在空基GPS大氣探測技術，也就是在近地軌道衛星系統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衛星的各種信號。傳播這些微波信號時，需要經過中性大氣層，但是這一大氣層卻會對GPS信號產生遮掩方面的影響，這樣便能夠借助信號中表現出來的附加延遲量、根據反演理論等來確定好大氣溫度、濕度、壓強等各項參數。使用空基GPS大氣探測技術開展工作時，就是等GPS衛星發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了6位數級的信號延遲，則對這些信息使用低軌衛星雙頻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

一般條件下，實際使用地基GPS技術開展各項工作時，一定要從外太空GPS衛星發射出的GPS微波信號中捕捉到通過電離層和大氣層的相關信息。但這一過程會受到大氣圈內較大的電磁干擾，因此信號的傳遞速度會變得越來越慢，最終便會導致地表信號接收器無法及時的接收到GPS微波信號。有關研究表明，電離層所導致的信號干擾和電離層的電磁頻率間有著很大的聯系，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系，只和大氣層本身的構成狀況有關。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

迄今為止，對于GPS技術應用頻率比較高的另一項應用便是探空觀測工作。使用這一技術開展實際工作時，需要借助探空儀器所攜帶的GPS信號將探空儀器升高到規定的高度，并使用GPS系統的定位功能來較為準確的測量高空風。現今，較為常用的GPS探空站一般由由遙測接收系統、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，待其升到規定的高度后，便能夠連續的發射信號，并且地表的遙測系統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。與其它技術相比，GPS探空觀測技術的靈活性更強，在任何的工作環境中都有著良好的適用性。但使用這一技術開展工作時，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技術的應用分析

通過上述文章中，針對在進行大氣探測過程中進行GPS技術的三種應用方式，地基、空基以及探空探測技術，可以進一步得出以下的應用分析，空間無線電掩星技術作為首要的借助GPS裝置進一步可以借助實際運行中的信號中表現出來的附加延遲量，以實際數據作為基礎，根據反演等相關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進行準確的核對；其次就是地基GPS的探測應用，通過合理利用GPS技術，可以有效避免因為大氣圈內存在的電磁干擾所導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。在此種應用下，相關的工作人員可以利用GPS技術及時有效的掌握相關的大氣情況以及特征，減少隱患問題；最后的一個重要應用就是對于探空探測的應用，主要是利用GPS探空儀器，結合地表的遙測系統進行信號的追蹤，在針對獲得的這些信息進行相應的信號處理后，可以轉化成相關技術人員所需要的各種氣象信息。靈活方便，針對不同的環境都可以實現較好的適應。以上三種應用技術充分結合GPS技術，實現了大氣探測工作的進一步發展以及完善。

結語：

綜合本文論述我們知道，GPS技術的持續發展進步，為大氣探測技術水平的提升打下了一個良好的基礎，同時能夠更好的服務我國各個行業。科研人員實際開展大氣圈探測工作時，一定要持續深入自己對于大氣探測圈系統運行狀況的認識，這樣才能夠更好的保護地球上的生態系統。不僅如此，工作人員還必須對GPS技術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的進步。

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