臺灣博碩士論文加值系統

高精度GPS相對定位依賴於GPS固定站精確坐標及優良觀測資料品質，因此本研究針對GPS觀測資料品質及海潮負載對於GPS定位精度的影響量進行分析。一般來說GPS測量採用靜態相對定位來消除共同性的誤差，例如時鐘和電離層和對流層延遲引起的誤差。然而，相對定位在長距離定位有不能消除之誤差，例如海潮負載，因此降低GPS定位精度。在本研究詳細分析影響GPS定位精度因素，並著重於GPS資料品質及海潮負載效應。其中使用6個GPS資料品質指標，分別為接收儀內部時鐘頻率穩定度（stability）、接收儀內部時鐘平均偏移量（offset）、週波脫落（o/slps）、觀測資料量(obs)及多路徑效應（mp1&mp2），並發現以接收儀時鐘穩定度（stability）及平均偏移量（offset）影響定位精度為最大。
海潮負載應對於台灣GPS固定站高精度影響較大。為研究海潮負載引起高程變化，我們收集台灣沿海GPS固定站資料並進行小波分析與調和分析，且評估數個國際知名海潮負載，其中台灣本島以NAO.99b 有最佳修正成果，而高程精度有效提高30-45％，也發現台灣西南部GPS站整體精度提升高於台灣東南部，本研究結果預計有助於改進台灣沿海GPS固定站之資料處理及定位之精度，未來可用於高精度地殼監測地殼運動和相對海平面高度上升等應用。

High-accuracy relative GPS positioning relies on precise coordinates of base stations and good GPS data quality. The aim of this study is to improve the quality of GPS observations using a best model of ocean tidal loading effect and by identifying factors that degrade GPS positioning accuracy. In general, common-mode errors, such as errors due to clock and ionospheric and tropospheric delays can be reduced by differential GPS positioning. However, non-common errors, such as ocean loading effect, cannot be eliminated by relative positioning, thereby lowering GPS positioning accuracy. In this study, factors affecting the GPS positioning accuracy are analyzed in detail. The focus is on ocean tidal loading effect, as well as GPS data quality. The following six quality indicators of GPS data quality are investigated: receiver clock drift (stability and offset), cycle slips in the carrier-phase observations (o/slps), multipath on L1 (mp1), multipath on L2 (mp2) and number of observations (obs). The key finding is that the receiver clock drift dominates the positioning accuracy.
Ocean tidal loading effect (OTL) has a strong influence on GPS heighting accuracy. To investigate the OTL-induced height variations, we conduct wavelet and harmonic analyses for GPS data collected at Taiwan’s coastal stations. We assess several OTL models and conclude that NAO.99b is the optimal model. OTL corrections improve GPS heighting accuracy by 30-45%. The overall accuracy improvement at the GPS stations in southwestern Taiwan is higher than that at the stations in southeastern Taiwan. The phases OTL-induced height variations are 1.5-2 hours behind those of ocean tidal heights in eastern Taiwan. The result from this study is expected to benefit GPS positioning accuracy at Taiwan’s GPS coastal stations. The dominating factors of GPS positioning accuracy can used to improve GPS data processing for high-accuracy monitoring of crustal motion and relative sea level rise.

目錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VI
第一章 前言 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 3
1.3 研究方法 9
1.4 論文結構內容 11
第二章 理論基礎及軟體概述 12
2.1 GPS定位原理 12
2.2 GPS主要誤差 18
2.2.1 對流層折射誤差 18
2.2.2 電離層折射誤差 20
2.2.3 天線相位中心誤差 21
2.2.4 衛星及接收儀時錶誤差 22
2.2.5 多路徑效應 25
2.3 Bernese軟體介紹 26
2.4 海潮簡介 29
2.4.1潮汐基本概念 32
2.4.2海潮負載計算理論 33
2.4.3 台灣的潮汐現象 34
2.4.4 潮汐負載模型 37
2.5 調和分析及小波分析 38
2.5.1 小波分析理論 38
2.5.2 調合分析理論 39
第三章 研究場地說明及實驗設計 42
3.1 研究場地說明 42
3.2 實驗步驟說明 43
第四章 GPS固定站資料品質 49
4.1 各地區固定站接收儀指標計算與分析 49
4.1.1 TEQC解算觀測資料品質成果 49
4.1.2 Bernese 5.0版解算資料品質成果 58
4.2 基線計算與分析 66
4.2.1 短距離基線分析 66
4.2.2 長距離基線精度分析 71
4.2.3 品質指標與定位精度綜合探討 76
第五章 海潮負載對GPS固定站影響 80
5.1海潮負載對GPS定位之影響 80
5.1.1比較不同海潮負載改正模式 88
5.1.2 比較夏季與冬季差異 92
5.2 GPS高程變化對海潮負載特性 95
5.2.1 潮位原始資料分析 101
5.2.2 小波分析結果 102
5.2.3 調合分析結果 105
第六章 結論與建議 116
6.1 本研究之結論 116
6.2 後續研究之建議 118
參考文獻 119
學術著作目錄 124

王成機、汪俊寰，2002。GPS衛星追蹤站坐標計算結果分析，第五屆GPS衛星定位技術研討會論文集，第42-52頁。
王瀚德，2001。小波理論與類神經網路應用於潮汐之預測與補遺，國立中山大學海洋環境及工程學系碩士論文。
汪俊寰，2001。 GPS 衛星測量接收儀定位精度驗證之研究 ，國立交通大學土木工程系碩士論文。
李振燾，1995。構建與評估電離層遲延模式以增益GPS高度之精度，行政院國家科學委員會專題研究計劃成果報告，No. NSC84-2211-E014-002。
周旭華、吳斌，李軍，2001。高精度大地測量中的海潮位移改正，中國測繪學報第30卷第4期。
張耀屏，2007。地球潮汐對於TWVD2001一等一級水準測量的影響，國立成功大學測量及空間資訊研究所碩士論文。
張惠民，1991。地球科學概論，明文書局，第44-45頁。
張名漢，2007。應用海潮負載改正提昇GPS定位精度之研究，清雲科技大學土木與防災研究所碩士論文。
黃宗群，2003。台灣海峽淺水分潮特性研究，國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。
黃鉅富，2012。高解析且高程相依之海潮負載效應於近岸超導重力站及衛星追蹤站之研究：重力與位移變量之模式、驗證及改正，國立交通大學土木研究所博士論文。
曾清凉、儲慶美，1999。GPS 衛星測量原理與應用，成功大學衛星資訊研究中心。
陳奇珍，1975。海洋學，大中國圖書公司，第41-72頁。
陳南松，2003。地球固體潮與海潮負載對台灣地區衛星追蹤站坐標與重力之影響，國立交通大學土木工程研究所碩士論文。
陳國華，2004。整合TWVD2001水準及GPS資料改進台灣區域性大地水準面模式以應用於GPS高程測量，國立成功大學測量及空間資訊研究所博士論文。
陳憲冬，2006。GPS精密定位中的海潮負荷改正，西南交通大學學報第41卷第4期。
梁文德，2005。臺灣週邊海域三維流場資料庫擴建及海洋數值模式研建（II），國防科技學術合作協調小組研究計畫成果報告。
趙慶海、郭玉良、方明、任鍇，2005。海潮對高精度GPS網的影響初探，中國測繪信息網。
鄒致瑋，2010。分析46年間日長變化的小波頻譜以及彈性地球對長期海潮的反應，國立中央大學地球物理研究所碩士論文。
殷富，1984。海洋物理學概論，國立編譯館，第243-260頁。
鍾易達，2005。GPS固定站觀測資料之驗證制度研究，國立交通大學土木工程研究所碩士論文。
葉大綱，2005。GPS接收儀資料品質監控系統及校正系統之建立，國立交通大學土木工程研究所博士論文。
葉姍霈，2002。台灣海域高解析度潮汐模式之建立—敏感度試驗，國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。
Baker, T. F., D. J. Curtis, and A. H. Dodson, 1995: OTL and GPS. GPS World, 54-59.
Bos, M. S., and H. G. Scherneck, 2007: OTL provider. Onsala Space Observatory, http://www.oso.chalmers.se/~loading/.
Chung, Y. D., T. K. Yeh, G. Xu, C. S. Chen, C. Hwang, H. C. Shih, 2016: GPS height variations affected by ocean tidal loading along the coast of Taiwan, IEEE Sensors Journal, VOL. 16, NO. 10,,3697-3704.
Colombo, O. L., 1986: Ephemeris Errors of GPS Satellite, Bulletin Geodesique, Vol. 60, pp. 64-84.
Dach, R., U. Hugentobler, P. Fridez, and M. Meindl, 2007: Bernese GPS software version 5.0 user manual. Astronomical Institute University of Bern, Bern, Switzerland.
Dam, T. V., H. P. Plag, O. Francis, P. Gegout, 2003: GGFC Special Bureau Loading: Current Status and Plans, IERS Technical Note 30, International Earth Rotation and Reference System Service, pp. 180-198.
Dragert, H., T. S. James, and A. Lambert, 2000: Ocean loading corrections for continuous GPS: A case study at the Canadian coastal site Holberg. Geophysical Research Letter, 27, 2045-2048.
Eanes, R. J., and S. Bettadpur, 1996: The CSR3.0 global ocean tide model: diurnal and semi-diurnal ocean tides from TOPEX/POSEIDON altimetry. CRS-TM-96-05, Univ. of Texas, Centre for Space Research, Austin, Texas.
Egbert, G. D., and L. Erofeeva, 2002: Efficient inverse modeling of barotropic ocean tides. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 19, 183-204.
Gurtner, W., R. Liu, 1995. IGS 1994: Annual Report, IGS Central Bureau, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, U.S.A., pp.43~57.
IGS Home Page. http://igscb.jpl.nasa.gov/
ISO, 1995: Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM), 2nd ed, International Organization for Standardization, Switzerland.
Johnson, J., 1995: The Role of Multipath in Antenna Height Tests at Table Mountain, UNAVCO.
Khan, S. A., and H. G. Scherneck, 2003: The M2 OTL wave in Alaska: Vertical and horizontal displacement, modelled and observed. Journal of Geodesy, 77, 117-127.
Leick, A. ,2004: GPS satellite survey, 3rd ed., John Wiley & Sons, New York
Penna, N. T., and T. F. Baker, 2002: Ocean tide loading considerations for GPS processing around Australia. Geomatics Research Australasia, 77, 1-26.
PO.DAAC, 2007: TOPEX/POSEIDON tides models. Physical Oceanography Distributed Active Archive Center, http://podaac.jpl.nasa.gov/toppos/toppos_tides.html.
SOPAC Rinex Data Browser，http://sopac.ucsd.edu/cgi-bin/dbDataBySite.cgi
Schwiderski, E. W., 1980: On charting global ocean tides. Rev. Geophys. Space Phys., 18, 243-268.
UNAVCO, 2004: University NAVSTAR Consortium, UCAR UNAVCO Facility, Boulder, Colorado, http://www.unavco.ucar.edu/
Wells, D. E., N. Beck, D. Delikaraoglou, A. Kleusberg, E. J. Krakiwsky, G. Lachapelle, R. B. Langley, M. Nakiboglu, K. P. Schwarz, J. Tranquilla, P. Vanicek, 1986: Guide to GPS Positioning, Canadian GPS Associates Fredericton, New Brunswick, Canada.
Xu,G., 2007: GPS – Theory, Algorithms and Applications. 2nd edition, Springer Heidelberg, ISBN 978-3-540-72714-9.
Yang, Z., S. Manabe, K. Yokoyama, T. Jike, K. Heki, 1996: Comprehensive Ocean Tide Loading Parameters of Sites in East Asia with Spherical Harmonic Method, Gravity, Geoid and Marine Geodesy, pp. 343-350
Yeh, T. K., C. Hwang, and G. Xu, 2008: GPS height and gravity variations due to ocean tidal loading around Taiwan. Surveys in Geophysics, 29, 37-50.
Yeh, T. K., C. Hwang, G. Xu, C. S. Wang, and C. C. Lee, 2009: Determination of global positioning system (GPS) receiver clock errors: impact on positioning accuracy. Measurement Science and Technology, 20, 075105,
Yeh, T. K, C. H. Chen, G. Xu, C. S. Wang, K. H. Chen, 2013: The impact on the positioning accuracy of the frequency reference of a GPS receiver, Surveys in Geophysics, 34(1), 73-87.
Yeh, T. K., C. S. Wang, B. F. Chao, C. S. Chen, C. W. Lee ,2007: Automatic data-quality monitoring for continuous GPS tracking stations in Taiwan, Metrologia, 44: 393-401.
Yeh, T. K., Y. J. Chen, Y. D. Chung, C. W. Feng, and G. Xu, 2010: Clarifying the relationship between quality of GPS data and precision of positioning. Journal of Surveying Engineering – ASCE, 136, 41-45.
Yeh, T. K., C. Hwang, J. F. Huang, B. F. Chao, M. H. Chang, 2011: Vertical displacement due to ocean tidal loading around Taiwan based on GPS observations, Terrestrial Atmospheric and Oceanic Sciences, 22(4), 373-382.
Yeh, T. K., Y. D. Chung, C. T. Wu, C. S. Wang, K. Zhang, C. H. Chen, 2012: Identifying the relationship between GPS data quality and positioning precision: case study on IGS tracking stations, Journal of Surveying Engineering, 138(3), 136-142.
Yeh, T. K., Y. A. Liou, C. S. Wang, C. S. Chen, 2008: Identifying the degraded environment and bad receivers setting by using the GPS data quality indices, Metrologia, 45(5), 562-570.
Zahran, K. H., G. Jentzsch, and G. Seeber, 2005: World-wide synthetic tide parameters for gravity and vertical and horizontal displacements. Journal of Geodesy, 79, 293-299.