基于GNSS信号的对流层建模与延迟误差分析

摘要

随着全球卫星导航系统 GNSS（Global Navigation Satellite System）技术的进步与发展，GNSS系统的应用领域越来越广泛，尤其在导航定位以及大气测量方面得到了重要的体现。然而，由于对流层大气分布的不均匀性，当GNSS信号穿过对流层时，不可避免地会产生延迟。而对流层延迟无论作为精确定位的误差，或者作为 GNSS气象学中的数据源，都需要对其进行研究和分析，本文则利用模型函数理论针对对流层延迟的误差修正进行研究。
　　本文首先分析了对流层的气象特征和电磁特性，并建立了折射指数与大气温度、气压、水汽压等气象参数之间的函数关系，并由此对对流层延迟误差的产生原因及结果进行了深入分析，确定了利用气象参数计算对流层延迟误差的关系表达式，重点针对造成误差的弯曲路径效应进行了讨论和分析，得到了弯曲路径延迟与卫星高度角之间的关系，并由此确定，在卫星高度角大于15o时，弯曲路径延迟可忽略不计。
　　其次，函数模型法可以分为天顶延迟和映射函数两部分分别进行研究，本文在掌握经典天顶延迟模型和经典映射函数模型的基础上，对经典天顶延迟模型误差的影响因素进行了详细分析，确定了温度、气压以及水汽压等气象参数以及测站地理位置因素对于Saastamoinen模型、Hopfield模型以及 EGNOS模型的影响程度。通过对三种经典模型的比较，说明了 EGNOS模型在标准大气情况下受气象参数的影响最小，Saastamoinen模型受测站高程变化的影响最大，而Hopfield模型受测站高程变化的影响最小。
　　在折射指数模型的基础理论之上，本文对哈尔滨地区气象数据进行了分析研究，并分四个季节对该地区的天顶延迟数据进行拟合，通过对全年天顶延迟值的计算与比较，最终建立了适用于该地区的局域性对流层天顶延迟模型。将所建立的Harbin模型与Saastamoinen、Hopfield以及 EGNOS等经典天顶延迟模型进行比较分析，证明了 Harbin模型适合于哈尔滨地区的对流层大气描述，并且与经典天顶延迟模型相比，Harbin模型对哈尔滨地区的延迟误差的修正精度更高。

目录

基于GNSS信号的对流层建模与延迟误差分析

TROPOSPHERIC MODELING AND DELAY ERRER ANALYSIS BASED ON THE GNSS SIGNALS

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及来源

1.2 研究的目的与意义

1.3 国内外发展现状

1.3.1 对流层延迟处理方法

1.3.2 天顶延迟模型

1.3.3 映射函数模型

1.4 本文主要研究内容与结构安排

第2章 GNSS信号的对流层延迟

2.1 大气的垂直分层结构

2.2 对流层的特性分析

2.2.1 气象特性

2.2.2 电磁特性

2.3 对流层的延迟效应

2.4 信号在对流层中的弯曲路径延迟

2.5 本章小结

第3章 对流层天顶延迟处理方法

3.1 折射率模型法

3.1.1 线性模型

3.1.2 指数模型

3.1.3 三段模型

3.1.4 双指数模型

3.2 经典天顶延迟模型

3.2.1 Hopfield模型

3.2.2 Saastamoinen模型

3.2.3 EGNOS模型

3.3 经典映射函数模型

3.3.1 Saastamoinen映射函数模型

3.3.2 Marini映射函数模型

3.3.3 Chao映射函数模型

3.3.4 CFA.22映射函数模型

3.4 经典天顶延迟模型的分析与比较

3.5 本章小结

第4章 对流层天顶延迟模型的研究

4.1 地域性气候特点

4.2 气象参数的数据处理与分析

4.3 天顶延迟模型的建立与分析

4.3.1 折射指数模型

4.3.2 天顶延迟模型

4.4 与经典天顶延迟模型的性能比较分析

4.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢