全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(第四次)

1、13.1 概述概述3.2 鐘誤差鐘誤差3.3 相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng)3.4 衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星星歷誤差3.5 電離層延遲電離層延遲23與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差l衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星軌道誤差l衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差l相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng)與傳播途徑有關(guān)的誤差與傳播途徑有關(guān)的誤差l電離層延遲電離層延遲l對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲l多路徑效應(yīng)多路徑效應(yīng)與接收設(shè)備有關(guān)的誤差與接收設(shè)備有關(guān)的誤差l接收機(jī)天線(xiàn)相位中心的偏移和變化接收機(jī)天線(xiàn)相位中心的偏移和變化l接收機(jī)鐘差接收機(jī)鐘差l接收機(jī)內(nèi)部噪聲接收機(jī)內(nèi)部噪聲 p127-1284偶然誤差偶然誤差l內(nèi)容內(nèi)容衛(wèi)星信號(hào)發(fā)生部分的隨機(jī)噪聲衛(wèi)星信號(hào)發(fā)生部分的隨機(jī)噪聲接收機(jī)信號(hào)接收

2、處理部分的隨機(jī)噪聲接收機(jī)信號(hào)接收處理部分的隨機(jī)噪聲其它外部某些具有隨機(jī)特征的影響其它外部某些具有隨機(jī)特征的影響l特點(diǎn)特點(diǎn)隨機(jī)隨機(jī)量級(jí)小量級(jí)小 毫米級(jí)毫米級(jí)5系統(tǒng)誤差（偏差系統(tǒng)誤差（偏差 - Bias）l內(nèi)容內(nèi)容其它具有某種系統(tǒng)性特征的誤差其它具有某種系統(tǒng)性特征的誤差l特點(diǎn)特點(diǎn)具有某種系統(tǒng)性特征具有某種系統(tǒng)性特征量級(jí)大量級(jí)大 最大可達(dá)數(shù)百米最大可達(dá)數(shù)百米6SPS（無(wú)（無(wú)SA）1-sigma 誤差，單位 m 誤差來(lái)源 偏差 隨機(jī)誤差 總誤差 星歷數(shù)據(jù) 2 .1 0.0 2.1 衛(wèi)星鐘 2.0 0.7 2.1 電離層 4.0 0.5 4.0 對(duì)流層 0.5 0.5 0.7 多路徑 1.0 1.0 1

3、.4 接收機(jī)觀測(cè) 0.5 0.2 0.5 用戶(hù)等效距離誤差(UERE), rms 5.1 1.4 5.3 濾波后的 UERE，rms 5.1 0.4 5.1 1-sigma 垂直誤差VDOP = 2.5 12.8 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 10.2 7SPS（有（有SA）1-sigma 誤差，單位 m 誤差來(lái)源 偏差 隨機(jī)誤差 總誤差 星歷數(shù)據(jù) 2 .1 0.0 2.1 衛(wèi)星鐘 20.0 0.7 20.0 電離層 4.0 0.5 4.0 對(duì)流層 0.5 0.5 0.7 多路徑 1.0 1.0 1.4 接收機(jī)觀測(cè) 0.5 0.2 0.5 用戶(hù)等效距離誤差(UERE), rms

4、 20.5 1.4 20.6 濾波后的 UERE，rms 20.5 0.4 20.5 1-sigma 垂直誤差VDOP = 2.5 51.4 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 41.1 8PPS，雙頻，雙頻，P/Y-碼碼1-sigma 誤差，單位 m 誤差來(lái)源 偏差 隨機(jī)誤差 總誤差 星歷數(shù)據(jù) 2 .1 0.0 2.1 衛(wèi)星鐘 2.0 0.7 2.1 電離層 1.0 0.7 1.2 對(duì)流層 0.5 0.5 0.7 多路徑 1.0 1.0 1.4 接收機(jī)觀測(cè) 0.5 0.2 0.5 用戶(hù)等效距離誤差(UERE), rms 3.3 1.5 3.6 濾波后的 UERE，rms 3.3 0

5、.4 3.3 1-sigma 垂直誤差VDOP = 2.5 8.3 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 6.6 9模型改正法模型改正法l原理：利用模型計(jì)算出誤差影響的大小，直接對(duì)觀原理：利用模型計(jì)算出誤差影響的大小，直接對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行修正測(cè)值進(jìn)行修正l適用情況：對(duì)誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深適用情況：對(duì)誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式刻了解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式l所針對(duì)的誤差源所針對(duì)的誤差源相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng)電離層延遲電離層延遲對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差l限制：有些誤差難以模型化限制：有些誤差難以模型化 P129改正后的觀測(cè)值=原始觀測(cè)值+模

6、型改正10求差法求差法l原理：通過(guò)觀測(cè)值間一定方式的相互求差，消去或原理：通過(guò)觀測(cè)值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測(cè)值中所包含的相同或相似的誤差影響消弱求差觀測(cè)值中所包含的相同或相似的誤差影響l適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時(shí)間或其它類(lèi)型適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時(shí)間或其它類(lèi)型的相關(guān)性。的相關(guān)性。l所針對(duì)的誤差源所針對(duì)的誤差源電離層延遲電離層延遲對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星軌道誤差l限制：空間相關(guān)性將隨著測(cè)站間距離的增加而減弱限制：空間相關(guān)性將隨著測(cè)站間距離的增加而減弱11參數(shù)法參數(shù)法l原理：采用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏差原理：采用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏差求解出來(lái)求解

7、出來(lái)l適用情況：幾乎適用于任何的情況適用情況：幾乎適用于任何的情況l限制：不能同時(shí)將所有影響均作為參數(shù)來(lái)估限制：不能同時(shí)將所有影響均作為參數(shù)來(lái)估計(jì)計(jì)12回避法回避法l原理：選擇合適的觀測(cè)地點(diǎn)，避開(kāi)易產(chǎn)生誤差的環(huán)原理：選擇合適的觀測(cè)地點(diǎn)，避開(kāi)易產(chǎn)生誤差的環(huán)境；采用特殊的觀測(cè)方法；采用特殊的硬件設(shè)備，境；采用特殊的觀測(cè)方法；采用特殊的硬件設(shè)備，消除或減弱誤差的影響消除或減弱誤差的影響l適用情況：對(duì)誤差產(chǎn)生的條件及原因有所了解；具適用情況：對(duì)誤差產(chǎn)生的條件及原因有所了解；具有特殊的設(shè)備。有特殊的設(shè)備。l所針對(duì)的誤差源所針對(duì)的誤差源電磁波干擾電磁波干擾多路徑效應(yīng)多路徑效應(yīng)l限制：無(wú)法完全避免誤差的影響

8、，具有一定的盲目限制：無(wú)法完全避免誤差的影響，具有一定的盲目性性 p130三三1314定義定義物理同步誤差物理同步誤差數(shù)學(xué)同步誤差數(shù)學(xué)同步誤差 p133應(yīng)對(duì)方法應(yīng)對(duì)方法l模型改正模型改正鐘差改正多項(xiàng)式鐘差改正多項(xiàng)式其中其中a0為為ts時(shí)刻的時(shí)鐘偏差，時(shí)刻的時(shí)鐘偏差，a1為鐘的漂移，為鐘的漂移，a2為老化率。為老化率。l相對(duì)定位或差分定位相對(duì)定位或差分定位2210ocsocstttattaas15定義定義GPS接收機(jī)一般采用石英鐘，接收機(jī)鐘接收機(jī)一般采用石英鐘，接收機(jī)鐘與理想的與理想的GPS時(shí)之間存在的偏差和漂移。時(shí)之間存在的偏差和漂移。應(yīng)對(duì)方法應(yīng)對(duì)方法l作為未知數(shù)處理作為未知數(shù)處理l相對(duì)定位或

9、差分定位相對(duì)定位或差分定位16狹義相對(duì)論效應(yīng)狹義相對(duì)論效應(yīng)廣義相對(duì)論效應(yīng)廣義相對(duì)論效應(yīng) p1301718狹義相對(duì)論狹義相對(duì)論l1905l運(yùn)動(dòng)將使時(shí)間、空間和物質(zhì)的質(zhì)量發(fā)生變化運(yùn)動(dòng)將使時(shí)間、空間和物質(zhì)的質(zhì)量發(fā)生變化廣義相對(duì)論廣義相對(duì)論l1915l將相對(duì)論與引力論進(jìn)行了統(tǒng)一將相對(duì)論與引力論進(jìn)行了統(tǒng)一19狹義相對(duì)論狹義相對(duì)論l原理：時(shí)間膨脹。鐘的頻率與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。原理：時(shí)間膨脹。鐘的頻率與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。l對(duì)對(duì)GPS衛(wèi)星鐘的影響：衛(wèi)星鐘的影響：l結(jié)論：在狹義相對(duì)論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率結(jié)論：在狹義相對(duì)論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變慢將變慢22 1 2222101 () (1)2238742

10、997924580.835 10sssssssssssVffVVfffccfVffffcGPSVm scm sff 若衛(wèi)星在地心慣性坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)速度為 ，則在地面頻率為 的鐘若安置到衛(wèi)星上，其頻率 將變?yōu)椋杭磧烧叩念l率差為考慮到衛(wèi)星的平均運(yùn)動(dòng)速度和真空中的光速，則20廣義相對(duì)論廣義相對(duì)論l原理：鐘的頻率與其所處的重力位有關(guān)原理：鐘的頻率與其所處的重力位有關(guān)l對(duì)對(duì)GPS衛(wèi)星鐘的影響：衛(wèi)星鐘的影響：l結(jié)論：在廣義相對(duì)論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率結(jié)論：在廣義相對(duì)論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變快將變快ffkmkmRsmrRfcfcWWffWWTsTs1022314222210284. 526560

11、637810986005. 3)11(，則衛(wèi)星的地心距近似取，近似取，若地面處的地心距其中為：將的差異與放在地面上時(shí)鐘頻率則同一臺(tái)鐘放在衛(wèi)星上，為，地面測(cè)站處的重力位為若衛(wèi)星所在處的重力位21相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響l狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論fffff102110449. 4:為上時(shí)總的變化量鐘頻率相對(duì)于其在地面用下，衛(wèi)星上義相對(duì)論效應(yīng)的共同作在狹義相對(duì)論效應(yīng)和廣sff1令：令：22方法（分兩步）：首先考慮假定衛(wèi)星軌道方法（分兩步）：首先考慮假定衛(wèi)星軌道為圓軌道的情況；然后考慮衛(wèi)星軌道為為圓軌道的情況；然后考慮衛(wèi)星軌道為橢圓軌道的情況。橢圓軌道的情況。l

12、第一步：第一步：l第二步：第二步：MHzMHz52299999954.10)10449. 41 (23.1010，調(diào)低后的頻率為到衛(wèi)星上去的鐘的頻率在地面上調(diào)低將要搭載GDrococLrrTtttattaattttmscFtEAeFtttt221012110221)()()()(10442807633. 42)(sin)(,應(yīng)為正因而，實(shí)際衛(wèi)星鐘的改上改正數(shù)時(shí)，在衛(wèi)星鐘讀數(shù)上加在時(shí)刻)(sin2290)(tEettr課本上為：課本上為：因?yàn)椋阂驗(yàn)椋簁m265602290AAF2324定義定義由衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星在空間的位置與由衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星在空間的位置與衛(wèi)星的實(shí)際位置之差稱(chēng)為衛(wèi)星星歷誤差。

13、衛(wèi)星的實(shí)際位置之差稱(chēng)為衛(wèi)星星歷誤差。廣播星歷（預(yù)報(bào)星歷）的精度廣播星歷（預(yù)報(bào)星歷）的精度(無(wú)無(wú)SA) 2030米米(有有SA) 100米米精密星歷（后處理星歷）的精度精密星歷（后處理星歷）的精度可達(dá)可達(dá)1厘米厘米應(yīng)對(duì)方法應(yīng)對(duì)方法精密定軌精密定軌(后處理后處理)相對(duì)定位或差分定位相對(duì)定位或差分定位25dbdsb星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響l星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響主要取決于衛(wèi)星星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響主要取決于衛(wèi)星到接收機(jī)的距離以及用于定位或?qū)Ш降牡浇邮諜C(jī)的距離以及用于定位或?qū)Ш降腉PS衛(wèi)星與接收機(jī)構(gòu)成的幾何圖形衛(wèi)星與接收機(jī)構(gòu)成的幾何圖形星歷誤差對(duì)相對(duì)定位的影響星歷誤差對(duì)相對(duì)

14、定位的影響2627短航線(xiàn)的飛機(jī)一般在短航線(xiàn)的飛機(jī)一般在6000米至米至9600米飛行，米飛行，長(zhǎng)航線(xiàn)的飛機(jī)一般在長(zhǎng)航線(xiàn)的飛機(jī)一般在8000米至米至12600米飛米飛行，現(xiàn)在的普通民航客機(jī)最高飛行高度行，現(xiàn)在的普通民航客機(jī)最高飛行高度不會(huì)超過(guò)不會(huì)超過(guò)12600米，有一些公務(wù)機(jī)的飛行米，有一些公務(wù)機(jī)的飛行高度可以達(dá)到高度可以達(dá)到15000米。米。 28民航飛機(jī)只要求能平穩(wěn)飛行就可以民航飛機(jī)只要求能平穩(wěn)飛行就可以,沒(méi)有戰(zhàn)沒(méi)有戰(zhàn)斗機(jī)那么多的性能要求斗機(jī)那么多的性能要求.機(jī)動(dòng)性也不像戰(zhàn)機(jī)動(dòng)性也不像戰(zhàn)斗機(jī)那么高斗機(jī)那么高. 空氣在十公里就是平流層了空氣在十公里就是平流層了,這個(gè)空氣層很合適飛行這個(gè)空氣層很

15、合適飛行.所以民用飛機(jī)的所以民用飛機(jī)的飛行高度在飛行高度在10000米左右米左右 29中型以上的民航飛機(jī)都在高空飛行，此處中型以上的民航飛機(jī)都在高空飛行，此處的高空是指海拔的高空是指海拔700012000米的空間。米的空間。在這個(gè)空間以在這個(gè)空間以1千米為千米為1個(gè)高度層，共分個(gè)高度層，共分為為6個(gè)高度層：個(gè)高度層：7千米、千米、8千米、千米、9千米、千米、1萬(wàn)米、萬(wàn)米、1萬(wàn)萬(wàn)1千米和千米和1萬(wàn)萬(wàn)2千米。高空飛行千米。高空飛行的飛機(jī)只允許飛以上給定高空。的飛機(jī)只允許飛以上給定高空。30另外，民航飛機(jī)在飛行時(shí)，以正南正北方另外，民航飛機(jī)在飛行時(shí)，以正南正北方向?yàn)榱愣冉缦蓿埠较蚱遥ㄆ珫|）的向?yàn)?/p>

16、零度界限，凡航向偏右（偏東）的飛機(jī)飛雙數(shù)高層，即飛機(jī)飛雙數(shù)高層，即8千米、千米、1萬(wàn)米、萬(wàn)米、1萬(wàn)萬(wàn)2千米高度層；凡航向偏左（偏西）的飛千米高度層；凡航向偏左（偏西）的飛機(jī)飛單數(shù)高度層，即機(jī)飛單數(shù)高度層，即7千米、千米、9千米、千米、1萬(wàn)萬(wàn)1千米高度層。千米高度層。31例如：民航飛機(jī)從北京飛往杭州，杭州位例如：民航飛機(jī)從北京飛往杭州，杭州位于北京南面偏東方向，飛機(jī)于北京南面偏東方向，飛機(jī)必須必須飛雙數(shù)飛雙數(shù)高度層，回程則飛單數(shù)高度層。又如飛高度層，回程則飛單數(shù)高度層。又如飛機(jī)從沈陽(yáng)飛往杭州，杭州在沈陽(yáng)的南面機(jī)從沈陽(yáng)飛往杭州，杭州在沈陽(yáng)的南面偏西方向飛機(jī)須飛單數(shù)高度層，回程則偏西方向飛機(jī)須飛單數(shù)

17、高度層，回程則飛雙數(shù)層。這樣，飛雙數(shù)層。這樣，相向相向飛行的飛機(jī)不在飛行的飛機(jī)不在同一空高，避免了相撞。同一空高，避免了相撞。 32電離層地球TEC柱體底面積為1m233地球大氣層的結(jié)構(gòu)地球大氣層的結(jié)構(gòu)臭氧臭氧34大氣折射大氣折射l信號(hào)在穿過(guò)大氣時(shí)，速度將發(fā)生變化，傳播路徑也信號(hào)在穿過(guò)大氣時(shí)，速度將發(fā)生變化，傳播路徑也將發(fā)生彎曲。也稱(chēng)將發(fā)生彎曲。也稱(chēng)大氣延遲大氣延遲。在。在GPS測(cè)量定位中，測(cè)量定位中，通常僅考慮信號(hào)傳播速度的變化。通常僅考慮信號(hào)傳播速度的變化。色散介質(zhì)與非色散介質(zhì)色散介質(zhì)與非色散介質(zhì)l色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)也不

18、同也不同l非色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效非色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)相同應(yīng)相同l對(duì)對(duì)GPS信號(hào)來(lái)說(shuō)，電離層是色散介質(zhì)，對(duì)流層是非信號(hào)來(lái)說(shuō)，電離層是色散介質(zhì)，對(duì)流層是非色散介質(zhì)色散介質(zhì)35相速相速群速群速相速與群速的關(guān)系相速與群速的關(guān)系相折射率與群折射率的關(guān)系相折射率與群折射率的關(guān)系phphfvvf假設(shè)有一電磁波在空間傳播，其波長(zhǎng)為 ，頻率為該電磁波相位的速度，有=其中相位的速度又簡(jiǎn)稱(chēng)為相速?！叭核佟北硎荆核俚膫鞑タ梢杂萌翰▉?lái)說(shuō)，其最終能量對(duì)于頻率略微不同的一2ddfvgrddvvvphphgrphphgrphphdndnnnnfddf36222,1111phg

19、rphgrphphphgrphphphphphgrphphgrphphphphphphphphphphcccnnnvvvvddvdvdfvvvddddcvnnccndvdvvdnccvddvdnvndvdndnnd 1111;phphphphphphphdndndnnnnfndddfddff 注：373242342342223222232222;1.,.1221140.3(),phgrphgrphphphgreegrphgrphccvvnncccnfffccccnfcdndffcccnffffccNHzNnnvv 其中等與電子密度、電子質(zhì)量、電子所帶電荷等有關(guān)系。近似地可取則：有：一般，可取近

20、似值；因?yàn)殡娮用芏?恒為正值。故，或，即相位超前。38稱(chēng)為總電子含量，則令為成的距離延遲電離層折射對(duì)相位所造為成的距離延遲電離層折射對(duì)相位所造TECTECcfcTTECfTECcfcTTECfdsNTECdsNfdsfcdsdsfcdsdsndsNfdsfcdsdsfcdsdsnionogrphionogrionophphionopheegrionogrionogrephionophionoph;3 .403 .40;3 .403 .403 .40)1 (3 .40)1 (222222022022022039電子密度與總電子含量電子密度與總電子含量l電子密度：?jiǎn)挝惑w積中電子密度：?jiǎn)挝惑w積中所包

21、含的電子數(shù)。所包含的電子數(shù)。l總電子含量（總電子含量（TEC Total Electron Content）：底面積為）：底面積為一個(gè)單位面積時(shí)沿信號(hào)一個(gè)單位面積時(shí)沿信號(hào)傳播路徑貫穿整個(gè)電離傳播路徑貫穿整個(gè)電離層的一個(gè)柱體內(nèi)所含的層的一個(gè)柱體內(nèi)所含的電子總數(shù)。電子總數(shù)。電離層地球TEC柱體底面積為1m2404142與太陽(yáng)活動(dòng)密切相關(guān)，太與太陽(yáng)活動(dòng)密切相關(guān)，太陽(yáng)活動(dòng)劇烈時(shí)，電子含陽(yáng)活動(dòng)劇烈時(shí)，電子含量增加量增加太陽(yáng)活動(dòng)周期約為太陽(yáng)活動(dòng)周期約為11年年1700年年 1995年太陽(yáng)黑子數(shù)年太陽(yáng)黑子數(shù)432002.5.15 1:00 23:00 2小時(shí)間隔全球小時(shí)間隔全球TEC分分布布44經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼?/p>

22、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼齦方法：根據(jù)以往觀測(cè)結(jié)果所建立的模型方法：根據(jù)以往觀測(cè)結(jié)果所建立的模型l改正效果：差改正效果：差雙頻改正雙頻改正l方法：利用雙頻觀測(cè)值直接計(jì)算出延遲改正或組成方法：利用雙頻觀測(cè)值直接計(jì)算出延遲改正或組成無(wú)電離層延遲的組合觀測(cè)量無(wú)電離層延遲的組合觀測(cè)量l效果：改正效果最好效果：改正效果最好實(shí)測(cè)模型改正實(shí)測(cè)模型改正l方法：利用實(shí)際觀測(cè)所得到的離散的電離層延遲方法：利用實(shí)際觀測(cè)所得到的離散的電離層延遲（或電子含量），建立模型（如內(nèi)插）（或電子含量），建立模型（如內(nèi)插）l效果：改正效果較好效果：改正效果較好45Bent模型模型l由美國(guó)的由美國(guó)的R.B.Bent提出提出l描述電子密度描述電子

23、密度l是經(jīng)緯度、時(shí)間、季節(jié)和太陽(yáng)輻射流量的函數(shù)是經(jīng)緯度、時(shí)間、季節(jié)和太陽(yáng)輻射流量的函數(shù)國(guó)際參考電離層模型（國(guó)際參考電離層模型（IRI International Reference Ionosphere）l由國(guó)際無(wú)線(xiàn)電科學(xué)聯(lián)盟（由國(guó)際無(wú)線(xiàn)電科學(xué)聯(lián)盟（URSI International Union of Radio Science）和空間研究委員會(huì)）和空間研究委員會(huì)（COSPAR - Committee on Space Research）提出）提出l描述高度為描述高度為50km-2000km的區(qū)間內(nèi)電子密度、電子的區(qū)間內(nèi)電子密度、電子溫度、電離層溫度、電離層的成分等溫度、電離層溫度、電離層的

24、成分等l以地點(diǎn)、時(shí)間、日期等為參數(shù)以地點(diǎn)、時(shí)間、日期等為參數(shù)46Klobuchar模型模型l由美國(guó)的由美國(guó)的J.A.Klobuchar提出提出l描述電離層的時(shí)延描述電離層的時(shí)延l廣泛地用于廣泛地用于GPS導(dǎo)航定位中導(dǎo)航定位中l(wèi)GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文中播發(fā)其模型參數(shù)供用衛(wèi)星的導(dǎo)航電文中播發(fā)其模型參數(shù)供用戶(hù)使用戶(hù)使用47中心電離層中心電離層中心電離層中心電離層電離層地球約350km中心電離層電離層穿刺點(diǎn) IP天頂方向Z48模型算法模型算法930302sec 5 10cos( 14);( 0,1 ,2,3)( 0,1 ,2,3)hgii miii miiimTZAtPAPiiIP 信 號(hào) 的 電 離

25、層 穿 刺 點(diǎn) 處 天 頂 方 向 的 電 離 層 時(shí) 延其 中 ：；由 衛(wèi) 星 所 發(fā) 送 的 導(dǎo) 航 電 文 提 供 ；為 信 號(hào) 的 電 離 層 穿 刺 點(diǎn) 處 的 地 磁 緯 度 ， 可 采 用 下 面 步 驟 計(jì) 算電離層地球約350km中心電離層電離層穿刺點(diǎn) IP天頂方向Z49模型算法（續(xù)）模型算法（續(xù)）改正效果：可改正改正效果：可改正60左右左右445() 4,20,cossincos291.078.411.6 cos(291.0)15secIPIPIPSIPSSmIPIPIPS IPEAelelIPEAaaEAat IPt UTZIP 計(jì) 算 測(cè) 站和 在 點(diǎn) 心 的 夾 角

26、：為 測(cè) 站 處 衛(wèi) 星 的 高 度 角計(jì) 算 點(diǎn) 的 地 心 經(jīng) 緯 度：；為 衛(wèi) 星 的 方 位 角考 慮 到 目 前 地 磁 北 極 位 于 東 經(jīng)， 北 緯有為 處 的 地 方 時(shí)為 衛(wèi) 星 信 號(hào) 在 處 的 天 頂 距 ：3961 2 ()90elZ 電離層地球約350km中心電離層電離層穿刺點(diǎn)I P天頂方向Z地心測(cè)站SEA5054573. 254573. 13928. 06469. 0154120154120120154213 .40212122222221212221222222112122212222222121222122212122212222112122ionogrio

27、nogrionogrionogrionogrionogrionogrionogrionogrionogrionogrVVVVVVfffVfffVffffAffffAffffAfAfAfAfASSLLfAVfATECA故：即：得：則：實(shí)際的站星距為星距為上的測(cè)距碼所測(cè)定的站采用，星距為上的測(cè)距碼所測(cè)定的站采用設(shè)：，或電離層延遲改正，即有電離層延遲令51基本思想基本思想l利用基準(zhǔn)站的雙頻觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算電離層延遲利用基準(zhǔn)站的雙頻觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算電離層延遲l利用所得到的電離層延遲量建立局部或全球利用所得到的電離層延遲量建立局部或全球的的TEC實(shí)測(cè)模型實(shí)測(cè)模型類(lèi)型類(lèi)型l局部模型局部模型適用于局部區(qū)域適用于局部

28、區(qū)域l全球模型全球模型適用于全球區(qū)域適用于全球區(qū)域52局部（區(qū)域性）的實(shí)測(cè)模型改正局部（區(qū)域性）的實(shí)測(cè)模型改正l方法方法l適用范圍：局部地區(qū)的電離層延遲改正適用范圍：局部地區(qū)的電離層延遲改正為原點(diǎn)坐標(biāo)。）；為展開(kāi)式的系數(shù)（待求展開(kāi)式的最高階數(shù)；為變量的二元泰勒級(jí)數(shù)和為以；點(diǎn)的太陽(yáng)時(shí)，為點(diǎn)的地心緯度，為其中：00maxmax0000,)()(),(maxmaxsEsmnUTLTsIPsIPssEsTECnmnnmmmnnm53全球（大范圍）的實(shí)測(cè)模型改正全球（大范圍）的實(shí)測(cè)模型改正l方法方法l適用范圍：用于大范圍和全球的電離層延遲改正適用范圍：用于大范圍和全球的電離層延遲改正格網(wǎng)化的電離層延遲改

29、正模型格網(wǎng)化的電離層延遲改正模型為球諧系數(shù)（待求）。多項(xiàng)式；次正規(guī)化締合勒讓德階的多項(xiàng)式和勒讓德為基于正規(guī)化函數(shù)數(shù)；為球諧展開(kāi)式的最高階；點(diǎn)的太陽(yáng)時(shí)，為點(diǎn)的地心緯度，為其中：nmnmmnnmnmnnnmnmnmnmbaLegendremnPLegendremnPmnPnUTLTsIPsIPmsbmsaPsTEC,)()(),(),()sincos(sin),(,max00max5455565700( 1) (1)1 (1)1 (1)(1)(1)1(1( 1)1Kkttttktttskkkcvnnrefractiveindex of atmosphereccvdtdtdtcn dtnncndtc

30、dtc ndtctndsxxx 稱(chēng)為大氣折射系數(shù)（）設(shè)為信號(hào)傳播的真實(shí)距離，則當(dāng)時(shí)，有故：稱(chēng)6(1)(1)(1) 10ssndsndsNnatmospheric refractivity：為對(duì)流層延遲，對(duì)流層改正。通常令：，稱(chēng)其為大氣折射率（）58對(duì)流層的色散效應(yīng)對(duì)流層的色散效應(yīng)l折射率與信號(hào)波長(zhǎng)的關(guān)系折射率與信號(hào)波長(zhǎng)的關(guān)系l對(duì)流層對(duì)不同波長(zhǎng)的波的折射效應(yīng)對(duì)流層對(duì)不同波長(zhǎng)的波的折射效應(yīng)l結(jié)論結(jié)論對(duì)于對(duì)于GPS衛(wèi)星所發(fā)送的電磁波信號(hào)，對(duì)流層不具有色散效應(yīng)衛(wèi)星所發(fā)送的電磁波信號(hào)，對(duì)流層不具有色散效應(yīng)4260136. 06288. 1604.28710N波長(zhǎng)N*10e6紅光0.72290.7966紫

31、光0.40298.3153L11902936.728287.6040L22442102.134287.604059大氣折射率大氣折射率N與溫度、氣壓和濕度的關(guān)系與溫度、氣壓和濕度的關(guān)系lSmith和和Weintranb，1954對(duì)流層延遲與大氣折射率對(duì)流層延遲與大氣折射率N (p145 式式5.48)。為水氣壓，單位；單位為氣溫，為絕對(duì)溫度，；為大氣壓，單位稱(chēng)為濕氣分量；稱(chēng)為干氣分量；其中：mbareKTmbarPNNTeTPNNNwdwd248106 .776 .77swsdsdsNdsNNdss16161610101060出發(fā)點(diǎn)出發(fā)點(diǎn)l導(dǎo)出折射率與高度的關(guān)系導(dǎo)出折射率與高度的關(guān)系l沿高度進(jìn)

32、行積分，導(dǎo)出垂直方向上的延遲沿高度進(jìn)行積分，導(dǎo)出垂直方向上的延遲l通過(guò)投影（映射）函數(shù)，得出信號(hào)方向上的延遲通過(guò)投影（映射）函數(shù)，得出信號(hào)方向上的延遲1100016.27372.14840136)()()()(44wsdswwswsddsdwddhThshhhhNhhhhNNNNMRCRTPVgdhdPdhdT）（；的量表示為測(cè)站上的值含下標(biāo)其中：；61對(duì)流層折射模型（式對(duì)流層折射模型（式5.72）為水氣壓）（swsdswsswsdssdwdwdehThhheTKhhTPKEKEKsss1100016.27372.14840136)(4810102 .155)(102 .155)25. 2si

33、n()25. 6sin(27721221262投影函數(shù)的修正投影函數(shù)的修正高度等有關(guān)的量。是與測(cè)站氣壓、溫度、其中321321,sinsin1aaaaEatgEaEm63原始模型原始模型(式式5.73)有關(guān)，可查表獲得。和與有關(guān)，可查表獲得；與其中：sssssssshERhBhhWRhWEtgBeTPEs00028. 02cos0026. 01),(),()05. 01255(sin002277. 0264擬合后的公式（式擬合后的公式（式5.74）283210716. 01015. 016. 1)4810(16)05. 01255(sin002277. 0sssssssshhactgEeTPT

34、EEEEEtgaeTPEs其中：6520. 0)69. 3(002312. 013000)96. 3(98.148)6 . 0(92. 1)273(00015. 0076. 0833. 0)()1 (1cos(1)()1 (1cos(1123 . 002020wsssdwsdEswwsddKTPTKhThEbTlEbhhlEKEbhhlEKs其中：66不同模型所算出的高度角不同模型所算出的高度角30 以上方向的延以上方向的延遲差異不大遲差異不大Black模型可以看作是模型可以看作是Hop field模型的修正模型的修正形式形式Saastamoinen模型與模型與Hop field模型的差異模型

35、的差異要大于要大于Black模型與模型與Hop field模型的差異模型的差異67氣象元素氣象元素l干溫、濕溫、氣壓干溫、濕溫、氣壓l干溫、相對(duì)濕度、氣壓干溫、相對(duì)濕度、氣壓測(cè)定方法測(cè)定方法l普通儀器：通風(fēng)干濕溫度表、空盒氣壓計(jì)普通儀器：通風(fēng)干濕溫度表、空盒氣壓計(jì)l自動(dòng)化的電子儀器自動(dòng)化的電子儀器68水氣壓水氣壓es的計(jì)算方法的計(jì)算方法l由相對(duì)濕度由相對(duì)濕度RH計(jì)算計(jì)算l由干溫、濕溫和氣壓計(jì)算由干溫、濕溫和氣壓計(jì)算)000256908. 0213166. 02465.37(2sTsTeRHessPwTsTwTweseWTgWTgWTgwTgwTgeTeww)()31068. 11 (4105

36、. 4)(3)(2)(1)()(02808. 5)16.373(246.10131)16.3731(1205.26)116.373(03945.87321101813.3)()1(0187265.0)()116.373(19728.18)(wTwTeTgeTgTTgwwww69模型誤差模型誤差l模型本身的誤差模型本身的誤差氣象元素誤差氣象元素誤差l量測(cè)誤差量測(cè)誤差儀器誤差儀器誤差讀數(shù)誤差讀數(shù)誤差l測(cè)站氣象元素的代表性誤差測(cè)站氣象元素的代表性誤差l實(shí)際大氣狀態(tài)與大氣模型間的差異實(shí)際大氣狀態(tài)與大氣模型間的差異707172多路徑（多路徑（Multipath）誤差）誤差l在在GPS測(cè)量中，被測(cè)站附近測(cè)

37、量中，被測(cè)站附近的物體所反射、的物體所反射、折射、透射折射、透射繞射繞射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）被接收機(jī)天線(xiàn)所接收，與直被接收機(jī)天線(xiàn)所接收，與直接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離真值產(chǎn)生所謂的離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑多路徑誤差誤差”。多路徑效應(yīng)多路徑效應(yīng)l由于多路徑的信號(hào)傳播所引由于多路徑的信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)稱(chēng)為多路起的干涉時(shí)延效應(yīng)稱(chēng)為多路徑效應(yīng)。徑效應(yīng)。73反射波的幾何特性反射波的幾何特性反射波的物理特性反射波的物理特性l反射系數(shù)反射系數(shù)al極化特性極化特性GPS信號(hào)為右旋極化信號(hào)為右旋極化反射信號(hào)為左旋極化反射信號(hào)為左旋極化zHzHzzHzzHzGAzGAGAOAGAsin42sin2)sin21 (1 (sin)2cos1 (sin)2cos1 (2cos2為：號(hào)的相位差反射信號(hào)相對(duì)于直接信為：號(hào)多經(jīng)過(guò)的路徑長(zhǎng)度反射信號(hào)相對(duì)于直接信HAOGSSSzz2z74受多路徑效應(yīng)影響的情況下的接收信號(hào)受多路徑效應(yīng)影響的情況下的接收信號(hào)tUtUtUtUtUStUatUatUatUatUtUatUSSStUaStUSrdrdsin)sin(c