1-1 研究動機與目的
全球定位系統（Global Positioning System, GPS）在近十年來於世界各地廣泛 地使用著，由於 GPS 的作業快速、方便且高精度。因此，GPS 已普遍應用在地 體動力學、板塊運動、極運動、地殼變形、斷層等方面之偵測，且更普遍地使用 在大地測量與平面測量上，如國家級三角點之建立、控制點之測設、地區控制點 之監測等。
此外，GPS 所測得的成果不僅有平面向坐標，同時還有垂直向坐標，因此亦 經常應用在垂直系統之監測與測設，如垂直基準之測設與補強、驗潮站之監測、
大地起伏差之測量、垂直變形之監測等；但 GPS 高程精度相較於水平精度約略 遜 2~3 倍，其原因可能是對流層折射效應不易改正、天線相位中心誤差、多路徑 效應的影響、接收儀內部時鐘的誤差以及載波週波脫落現象所致【Leick, 1995】；
因此，吾人即針對對流層折射誤差及天線相位中心誤差修正模式進行研究，期望 能提升 GPS 定位的精度及可靠度。
在台灣地區，由內政部、中研院、氣象局、中央地調所及各學術研究團體所 設置的 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 代現有一等衛星控制點的功能。將來，使用者不需在已知點架設 GPS，僅需透過 網路下載測區附近的 GPS 固定站資料，即可透過相對定位計算出未知點的坐標，
可大大的減少外業工作量。因此，各衛星追蹤站觀測資料品質的好壞就更形重 要。本研究即構想建立一套監控系統，針對各衛星追蹤站觀測資料品質進行管 制，希望能夠藉由此一監控流程，當儀器發生故障或追蹤站環境發生變化時，能 早期發現問題儘早處理異常狀況，藉以確保各追蹤站觀測資料的品質。
而在建立此一監控系統之前，必須先探討 GPS 觀測資料品質與基線解算精 度間之關聯性，找出影響量較大的品質指標並加以監控。本文採用了五項觀測資 料品質指標，分別為接收儀內部時鐘的穩定度、接收儀內部時鐘與 GPS 時鐘的 平均偏差量、『觀測資料的筆數』除以『週波脫落的數目』、L1 載波的多路徑 效應、L2 載波的多路徑效應，並撰寫程式每天予以自動化計算及繪圖，且自動 更新於網頁上，讓使用者下載觀測資料時可以同時看到當天資料的好壞。
此外，為了更能確保各型 GPS 接收儀其定位結果能否符合原預期之準確度，
應用高準確度校正網，並追溯連繫至國際 IGS 固定站 ITRF 坐標系，依校正程序 對 GPS 接收儀進行評估應是有效的方法。因此，建立高準確度校正網及校正程 序，並依 ISO 建議方法，評估校正場坐標之不確定度。此校正網各校正點之坐 標不確定度，將作為相關校正服務之主要依據，藉以確保 GPS 接收儀定位品質 及可靠度。
1-2 文獻回顧
在對流層折射誤差修正方面，只要獲得 GPS 訊號沿傳播路徑上的折射率，
即可藉由積分式計算出沿路徑上的對流層折射延遲量。然而，實際上幾乎不可能 獲得沿路徑上的折射率；因此，國外許多學者分別提出各種數學模式來計算天頂 向的折射率，且經過與實測資料進行比對而證實，這些模式在天頂向之延遲修正 皆可達到 1 cm 以內的精度【Janes et al., 1991】。
而在實際應用的時候，僅需將天頂向的延遲量rh乘上歸算函數（Mapping Function，簡稱為MF），即能化算到不同路徑上之延遲量rs（即 ）。但 是大部分的歸算函數在仰角愈低時（10 度以下）精度劣化迅速，在某些太空應 用領域如VLBI、SLR等有時需要用到低角度資料時，則顯出歸算函數的重要性。
因此，Niell在其MF中提出方便的經驗法以計算MF值，僅須知道時間、緯度及仰 角即可算出來【Niell, 1996】，使得在GPS應用上變得可行，且仍可達到甚高之精 度。
MF r r
s = h×但由於大氣的複雜多變，折射並非均勻對稱【MacMillan, 1995】，而使得對 流層折射效應不易改正；因此，Rothacher 等人提出針對觀測量加權的考量
【Rothacher et al., 1997】，吾人即以此構想，合理的計算 GPS 資料，進而提昇 GPS 定位之精度【Chen and Yeh, 2002】。
在天線相位中心誤差修正方面，1992 年 Rothacher 等人發現在 Zimmerwald 固定站每日所測得的 GPS 結果與 SLR 測得所的結果相比較，於高程上約有 10 公分的差異。此 GPS 量測是在基線兩端分別設置 Rogue Dorne Margolin B 天線盤 及 Trimble 4000ST L1/L2 GEOD 天線盤進行量測，此高程 10 公分的差異後來證 實是 Rogue 與 Trimble 天線相位中心不一致所造成的。之後，他們再以混合不同
型式天線於長基線進行量測時（基線長約 1200 公里），其量測結果與 ITRF93 之 值相比較，發現若未進行相位中心改正，其高程之誤差可達約 11 公分，而若於 GPS 計算時加入相位中心改正，則其高程之誤差僅有 2 公分左右【Rothacher et al.,1995】。因此，可知相位中心改正對 GPS 量測精度有絕對的影響。
未模式化的相位中心誤差對於測定電離層及對流層模式時亦會造成系統誤 差，為了改正由相位中心偏移及變化所造成的誤差，於量測工作中所使用的 GPS 天線都應加以率定【Rothacher et al.,1996】，也就是要建立每一種型式的天線，甚 至每一個單一天線，其隨方位角及仰角而改變的相位中心變化改正模式。
在資料品質監控系統及校正系統方面，最早由美國 Federal Geodetic Control Subcommittee（簡稱 FGCS，隸屬於 NGS）開始進行 GPS 接收儀的檢驗工作。
其測試的工作乃是由廠商或使用者提出，再根據 FGCS 所推薦的測試計畫，由廠 商或使用者依情況自行調整，然後在預定的測試時間前 8-10 週向 FGCS 提出申 請，待審核通過後，FGCS 便會配合進行測試工作。
基本上儀器廠商會對自己所生產的某一型式儀器提出測試要求，因此在進行 測試工作時，都是同一型號儀器，然後再配合該型儀器所搭配的軟體，並不會針 對每一部儀器進行特別的測試。整體而言，FGCS 並無特定的檢定方法，但基本 上皆以基線的重複性、短基線以及長基線的閉合差、平差計算後的坐標比較為主 要判斷依據。
而在 1995 年，中華人民共和國國家測繪局公布了一份全球定位系統測量型 接收機檢定規程，其檢驗的精神乃是針對每一部 GPS 接收儀而設計，目的是為 了測試 GPS 接收儀的儀器性能、工作特性及其可能達到的精度水平。就其所列 舉的檢驗項目而言，除了可以計算不同長度的基線以評估儀器性能外，該規範亦 將儀器配件、配對天線盤相位中心、配合計算軟體、氣象測試儀器、接收儀頻率 穩定性、儀器耐溫程度皆考慮進去【國家測繪局，1995】。
而在不同基線長度的檢驗精度方面可分為零基線、超短基線、短基線、中長 基線四項，其中零基線以及超短基線是為了測試儀器內部雜訊而設計，而短基線 以及中長基線則是測試 GPS 接收儀野外作業的性能。其中，短基線是利用直接 比較法，將待校儀器量測值與參考標準之差值與儀器精度做一比較；而中長基線 是利用基線比對以及基線重複性兩種方式來進行評估。整體而言，該規範針對每 一部 GPS 接收儀所提出的檢定規範具有相當的完整性。
而國內於 2000 年開始有學者探討 GPS 觀測雜訊影響基線向量之相關性【朱 明亮、李振燾，2000】，並著眼於探討 GPS 觀測資料品質與相對定位精度之相關 性，提出了四項 GPS 觀測資料品質指標【葉大綱等，2002】；內政部土地測量局 也於 2002 年提出了一份 GPS 接收儀檢定標準作業規範，開啟了國內 GPS 接收 儀的檢定標準雛形【內政部，2002】。
1-3 研究方法與內容
進行 GPS 資料處理時，欲得到高精度的定位成果，必須詳加考慮會影響到 定位精度的各種誤差來源，並且一一加以改正。因此，吾人採用瑞士伯恩大學天 文研究所研發的 Bernese 軟體，該軟體也是全球定位系統大學聯盟（University NAVSTAR Consortium, UNAVCO）所推薦的三套軟體之一，該軟體可針對各項 誤差來源一一加以修正，而得到高精度的定位結果。
而為了要提升 GPS 相對定位的精度，吾人分別提出了以觀測量不等權法修 正對流層折射誤差及以交換天線法修正天線相位中心誤差，並採用了五項觀測資 料品質指標，藉以探討各項指標與定位精度的相關性及影響量。進而建立一套觀 測資料品質監控系統，希望能夠藉由此一監控流程，當儀器發生故障或追蹤站環 境發生變化時，能早期發現問題儘早處理異常狀況，藉以確保各追蹤站觀測資料 的品質。
此外，並建立高準確度校正網及校正程序，依 ISO 建議方法，評估校正場 坐標之不確定度。此校正網各校正點之坐標不確定度，將作為相關校正服務之主 要依據，藉以確保 GPS 接收儀之定位品質及可靠度。
本文內容主要分為六個章節及十個附錄，各章節安排如下：
第一章為前言，主要在說明本文的研究動機與目的、文獻回顧和研究方法與 內容。第二章說明理論基礎與軟體簡介，內容包括 GPS 定位誤差來源、量測品 質與不確定度評估及 Bernese、Teqc 的軟體介紹。第三章闡述提昇 GPS 定位精度 之策略，分別提出了以觀測量不等權法修正對流層折射誤差及以交換天線法修正 天線相位中心誤差。第四章說明 GPS 接收儀資料品質監控系統之建立，首先分 別探討接收儀時錶誤差與觀測資料品質對於 GPS 定位精度之影響，最後針對內 政部衛星追蹤站建立了一套 GPS 接收儀觀測資料品質監控系統。第五章闡述 GPS
接收儀校正系統之建立，內容包括系統簡介、量測系統追溯、不確定度分析、量
接收儀校正系統之建立，內容包括系統簡介、量測系統追溯、不確定度分析、量