对流层延迟改正在GPS数据处理中的应用与研究

摘要

GPS卫星信号经过地球大气中的对流层时，受到大气折射的影响，产生时延和路径弯曲，由此造成信号的传播延迟。对流层延迟是影响GPS定位精度进一步提高的主要误差源。 本文基于对流层的相关知识，就对流层延迟对GPS定位的影响展开研究：分析对流层延迟改正的理论方法，建立区域对流层天顶延迟模型，对流层延迟在数据处理中的应用等。力图通过本文的研究、实验，能够更好的进行对流层改正，为提高定位精度打下基础。 本文的主要研究内容有： 1、研究对流层延迟改正中的参数估计法和模型函数改正法。利用GPS实测数据，对GPS相对定位中参数估计方法的单模型法、单参数法、分段常数法、分段线性法和随机过程法进行了分析，讨论各种方法的参数估计结果和对差分定位的影响；对目前常用的三种天顶延迟模型进行了精度和适用性的评估，包括Hopfield模型、Saastamoinen模型和不需要实测气象参数的EGNOS模型；映射函数是对流层延迟改正的重要组成部分。分别使用GAMIT软件设置的五种映射函数用于实际数据处理中，对各映射函数进行分析、对比。 2、利用西安地区探空气球的实测气象数据建立了区域大气折射率模型和对流层天顶延迟模型。详细介绍了如何分析探空气象资料和建立区域大气模型的方法，并把该模型与其他经典模型用于相对定位和单点定位中，通过计算跟踪站的观测数据，比较分析了区域模型与经典模型的结果，得出了一些有益的结论。 3、由GPS实测数据估计对流层折射的水平梯度，研究水平梯度与卫星截止高度角的关系，以及梯度估计对点位坐标的影响；对不同软件计算得到的天顶延迟和定位结果进行比较分析；对比了各种卫星星历的标称精度，并在实际计算中比较精密事后星历和超快预报星历得到的点位坐标差别和天顶延迟差异；总结了测站坐标误差对GPS双差计算的影响公式，并考察其对天顶延迟估算的影响；介绍了两种不同的天线相位中心改正模型：相对相位中心模型和绝对相位中心模型。比较由它们计算得出的点位坐标和对流层延迟；GPS测站垂直位移与天顶延迟间存在很强的相关性，通过数据处理，研究海潮对测定天顶延迟的影响。

目录

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声明

第一章 绪论

1.1研究背景与研究意义

1.2国内外研究进展概述

1.3本文研究目的与主要内容

第二章 大气基本理论及其对GPS信号的影响

2.1大气的分层和结构

2.2大气参数

2.2.1主要的气象参数

2.2.2标准大气模型

2.2.3西安地区气候概述

2.3中性大气对GPS定位的影响

2.3.1对流层延迟对GPS信号的影响

2.3.2对流层延迟误差对GPS基线和高程解算的影响

2.4对流层延迟处理方法

2.4.1射线描迹法

2.4.2折射率模型法

2.4.3模型函数法

2.4.4参数估计法

2.4.5水汽辐射计法

第三章 对流层天顶延迟模型

3.1常用对流层天顶延迟模型

3.1.1 Hopfield经典模型

3.1.2 Hopfield改进模型

3.1.3 Saastamoinen经典模型

3.1.4 Saastamoinen改进模型

3.1.5 EGNOS模型

3.2天顶延迟模型的误差分析

3.3模型比较

第四章 西安地区天顶延迟模型的建立研究

4.1利用探空数据获得西安大气折射率

4.1.1大气折射率

4.1.2探空数据资料分析

4.1.3获得西安地区大气折射率

4.2西安地区对流层天顶延迟模型

4.2.1西安地区大气折射率模型

4.2.2西安对流层天顶延迟模型

4.3西安区域模型在GPS数据处理中的应用

4.3.1西安区域模型在相对定位中的应用

4.3.2西安区域模型在单点定位中的应用

第五章 对流层映射函数模型

5.1映射函数基础

5.2常用映射函数

5.2.1 Marini映射函数

5.2.2 Chao映射函数

5.2.3 CFA2.2映射函数

5.2.4 MTT映射函数

4.2.5 NMF映射函数

5.3模型比较

5.4梯度估计

第六章 对流层天顶延迟计算中的其他影响因素

6.1不同GPS解算软件计算天顶延迟的差异

6.1.1概述

6.1.2算例分析

6.2卫星轨道精度对天顶延迟的影响

6.2.1概述

6.2.2算例分析

6.3基准站坐标对天顶延迟的影响

6.3.1概述

6.3.2算例分析

6.4天线相位改正对天顶延迟的影响

6.4.1概述

6.4.2算例分析

6.5海潮对天顶延迟的影响

6.5.1概述

6.5.2算例分析

结论与建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢