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基于单站地基GNSS的电波折射参数估计

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第一章绪论

§1.1研究背景和意义

§1.2国内外研究概况

§1.2.1 GNSS单点定位方法的研究状况

§1.2.2对流层天顶延迟模型与估计的研究状况

§1.2.3低仰角对流层斜延迟的研究状况

§1.2.4弯曲角实时估计的研究状况

§1.2.5大气折射率剖面反演方法的研究状况

§1.3论文主要内容及框架

§1.4论文创新点

第二章GNSS单点定位方法的基础理论

§2.1引言

§2.2 GNSS概况与发展

§2.2.1 GNSS概况

§2.2.2 GNSS发展

§2.3 GNSS单点定位原理

§2.3.1观测方程及线性化

§2.3.2单点定位模型

§2.3.3参数估计方法

§2.3.4参数随机模型

§2.4参考系统

§2.4.1时间系统

§2.4.2坐标系统

§2.5 IGS产品

§2.5.1 IGS概况

§2.5.2 IGS星历产品指标

§2.6本章小结

第三章GNSS单点定位中的误差与随机模型

§3.1引言

§3.2主要误差源及修正

§3.2.1卫星误差

§3.2.2接收机误差

§3.2.3空间传播误差

§3.2.4其它误差

§3.3观测值的随机模型

§3.3.1常用的权矩阵

§3.3.2新的权矩阵

§3.3.3实例分析

§3.4本章小结

第四章对流层天顶延迟估计

§4.1引言

§4.2对流层天顶延迟模型

§4.2.1 Hopfield模型

§4.2.2 Saastamoinen模型

§4.2.3 MOPS模型

§4.2.4其它常见模型

§4.3单站地基GNSS估计对流层天顶延迟

§4.3.1对流层天顶延迟估计方法

§4.3.2实例结果及分析

§4.4本章小结

第五章低仰角对流层斜延迟实时估计

§5.1引言

§5.2计算对流层斜延迟的传统方法

§5.2.1气象模型

§5.2.2映射函数

§5.2.3射线描迹法

§5.3单站地基GNSS实时估计方法

§5.3.1实时估计低仰角对流层斜延迟的方法

§5.3.2可行性分析

§5.4实例结果与分析

§5.4.1实例概况

§5.4.2实例结果与分析

§5.5本章小结

第六章弯曲角的实时估计

§6.1引言

§6.2基于折射率剖面的弯曲角计算

§6.2.1折射率及模型

§6.2.2射线描迹法

§6.3单站地基GNSS实时估计弯曲角

§6.3.1多普勒与弯曲角的关系

§6.3.2误差分析

§6.4实例结果及分析

§6.5本章小结

第七章实时反演折射率剖面与单站地基GNSS实验

§7.1引言

§7.2基于单站地基GNSS的大气折射率剖面实时反演

§7.2.1基于低仰角对流层斜延迟的反演方法

§7.2.2仿真反演结果

§7.3单站地基GNSS实验

§7.3.1实验概况

§7.3.2实验结果及分析

§7.4本章小结

结束语

致谢

参考文献

攻读博士学位期间参加科研项目与发表论文情况

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摘要

全球导航卫星系统(GNSS)不仅成功应用于测距、授时和导航等传统领域,而且在环境监测、大地测量、天文、气象等领域也得到广泛的应用。单站地基GNSS对电波折射参数的估计,由于操作简单、成本低、可移动性强以及精度高等优点,已成为当前国际研究的热点。本文以GNSS单点定位方法为出发点,围绕电波折射参数的高精度实时估计、实验验证和应用开展了相关研究。其主要研究成果如下:
   第一、分析了单点定位的主要误差源和修正方法,主要包括卫星误差、接收机误差以及空间传播误差等。讨论了传统随机模型的特点,提出了基于新权矩阵的随机模型,并对比分析了上述两类模型的对流层天顶延迟估计结果。
   第二、讨论了对流层天项延迟的传统的Hopfield模型、Saastamoinen模型和MOPS模型以及探空方法在测量天顶延迟方面存在的局限性。在精密单点定位方法的基础之上,利用提出的随机模型,实现了单站地基GNSS对流层天顶延迟的估计。获得单站地基GPS与探空观测结果一致,与IGS产品中利用GIPSY软件计算精度相当的结果。
   第三、研究了低仰角对流层斜延迟估计方法。分析了现有映射函数、经验模型和探空观测方法的局限性,提出了单站地基GNSS实时估计低仰角对流层斜延迟的方法。利用2008年8月期间实验数据,进行单站地基GPS低仰角对流层斜延迟估计,获得与探空实验一致的结果,优于传统模型估计结果。实现了单站地基GNSS对低仰角的对流层斜延迟的估计。
   第四、研究了单站地基GNSS实时估计弯曲角。讨论了传统模型和探空折射率剖面计算弯曲角的方法,分析卫星信号的多普勒频移与弯曲角之间的关系,以及GNSS的多普勒观测值中的误差对计算弯曲角的影响。利用单站地基GNSS的数据和GNSS多普勒频移公式,对弯曲角的估计,获得与基于探空折射率剖面一致的结果,提出了单站地基GNSS实时估计弯曲角的方法。
   第五、提出了基于单站地基GNSS实时反演折射率剖面方法,利用汕头地区十年的历史数据进行仿真,初步验证了此方法的可行性。在我国广东东南沿海地区开展了单站地基GPS的观测实验,利用低仰角斜延迟进行了大气剖面实时反演和数据分析,验证了此方法的可行性和有效性。

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