利用精密星历进行伪距单点定位的精度研究

本文首先给出了GPS伪距单点定位的几种主要误差的改正模型:电离层延迟、对流层延迟、地球自转改正、相对论效应改正等,然后采用双频伪距改正电离层延迟影响并利用IGS精密星历,通过算例来分析双频P码伪距单点定位的精度。     

GPS对流层延迟的历元间差分分析

GPS(Global Positioning System)观测难免受到各种因素的影响,虽然可以通过不同观测组合和改正模型予以消弱,但总有一定的残留误差对定位结果产生影响.基于精密单点定位理论,通过无电离层组合模型、高精度GPS卫星轨道、卫星钟差来削弱电离层延迟误差、轨道误差的影响,以不同采样间隔的观测数据,分析对流层延迟历元间差分结果的特性;分析不同采样间隔观测中,对流层延迟历元间差分值的变化,对流层延迟对历元间差分观测值的影响;残留误差对历元间差分结果、组合观测值的影响;残留误差在时间序列上的变化.     

基于TGD/DCB改正的BDS多频单点定位精度分析

文章研究不同频点的无电离层组合模型中时间群延迟(time group delay, TGD)和差分码偏差(differential code bias, DCB)对定位结果影响的差异,给出了北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)双频/三频无电离层组合TGD和DCB改正模型,利用IGS测站数据进行标准单点定位(standard point positioning, SPP)和精密单点定位(precise point positioning, PPP)实验。实验结果表明:对于SPP,定位精度平面方向小于5 m,U方向小于10 m,定位精度提升显著且精度改正为m级,经模型改正的平面方向精度提升大于70%,U方向精度提升大于28%,其中DCB改正效果略优于TGD改正;对于PPP,经模型改正后的定位精度提升并不明显,但加快了滤波的收敛速度;对于PPP,在未经模型改正的情况下,接收机钟差和模糊度参数吸收了绝大部分的误差改正,而对流层延迟参数受到的影响较小。     

基于StaMPS-PS时序InSAR对流层延迟改正方法评估

时序分析是合成孔径雷达干涉测量(InSAR)的一项关键技术,它被广泛应用于监测广阔地区的地表缓慢形变。这种方法能够提供大范围、大面积的形变监测。其中,StaMPS PS方法凭借适用范围广、开源等优点,受到众多学者的使用。但在时序InSAR中,对流层延迟相位会导致形变监测精度的降低,因此,以合肥市为研究区域,分析了经验模型线性改正、GACOS(generic atmospheric correction online service for InSAR)改正和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)最新发布的ERA5数据集改正,并对比这3种方法在时序InSAR反演形变速率中的改正效果。通过计算得到研究区的标准差,进行比较分析和验证。其中线性改正、ERA5和GACOS改正后的标准差分别降低了21.71%、16.14%、10.38%。对于合肥区域,这3种方法均可减弱对流层延迟的影响,且精度都有所提高,其中线性改正效果最好,适用性更高,ERA5和GACOS受天气以及地面监测点密度等影响,在该区域改正效果较差。     

影响GPS测量的电离层延迟模型研究

GPS作为一种无线电导航系统,受到很多误差源的影响,如:卫星轨道误差、卫星钟差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、多路径误差、接收机钟差和测量噪声等误差。其中,自从SA(Selected Availability)于2000年5月1日取消以后,电离层误差是最大的一项误差。为了消除电离层延迟的影响,GPS导航定位中采用了双频改正法、利用电离层延迟的空间相关性差分以及各种电离层模型来削弱其影响。本文探讨了常用的修正GPS电离层延迟的模型和经验改正公式:Bent模型,IRI模型,Klubuchar模型,双频改正法等,并详细论述了如何利用双频观测值建立电离层模型。     

GPS定位误差中对流层延迟的分析

系统地分析了对流层延迟特性在GPS导航中造成的定位误差。基于霍普菲尔德模型和萨斯塔莫宁模型,提出了一种在缺少实测气象参数条件下使用的简易对流层延迟修正模型,并利用Matlab仿真软件对静态和动态的接收机实测数据进行了分析。实验结果表明,简易修正模型可以消除70%左右的对流层影响,有效地提高了GPS的定位精度。     

基于小波相关性的对流层延迟改正数据分析

针对信号的非平稳性,根据小波相关性在分析两列信号相互关系方面的有效性,结合山东地壳运动GPS观测网络部分监测站的数据,利用GAMIT软件解算CASH、JIMO、RIZH、WUDI的对流层延迟改正.结果表明:两两站间的相关延迟量比较接近,没有出现较大的浮动,最小相关延迟发生在CASH-RIZH之间,最大相关延迟发生在RIZH-JIMO之间.     

中性大气折射延迟的研究现状及其天文测量方法

经典天体测量和大地测量所作的天文大气折射修正,以及现代空间大地测量所作的电磁波中性大气折射延迟改正,都没有达到期望的高精度要求,原因在于不能直接测定天文大气折射和折射延迟模型的参数,只能采用各地相同和各向同性的理论模型作改正.为了提高修正精度,人们用测量数据反演各观测站不同方位的经验改正模型.本文根据有关学科发展对空间大地测量的精度要求,阐述了折射延迟量与观测站周围的地形有关的事实,指出了建立和采用随观测站、方向而异的改正模型的必要性;在分析了长期以来直接测定天文大气折射或折射率的几个主要障碍和已具备的条件后,根据光学波段的天文大气折射与射电波段的大气折射延迟之内在联系,提出了在各测站采用天文大气折射测定值,建立各自随方位而异的大气折射实测模型和折射延迟实测模型的方法;文中还给出了测定瞬时天文大气折射、建立两种实测模型的总体方案.这一方法的实施,将有可能把天顶方向的延迟改正精度提高到1mm以内、高度角5°处的精度提高到厘米量级,并且把截止高度角压缩到5°以内.     

地面GPS双频非差观测值仿真

本文在系统研究GPS观测模型和各项误差模型的基础上,建立了地面GPS双频非差观测模型,设计了一套较完整的计算仿真程序。误差模型包括钟差、电离层延迟、对流层延迟、相对论效应、地球固体潮等,反映了测量环境条件。根据具体要求可在观测值中添加粗差和周跳,为利用GPS观测值探讨定位方案设计、周跳和粗差探测等问题提供了验证平台。最后,本文利用BERNESE定位软件给出了电离层延迟和对流层延迟分别对单点定位精度影响的实例,实验证明仿真结果与实际情况符合较好。     

顾及非线性高程归算的中国西北区域对流层天顶延迟模型

对流层延迟是影响高精度导航定位的关键因素,同时也是进行GNSS水汽反演的重要数据。中国西北区域地形起伏较大,目前中国西北地区对流层天顶延迟模型在高程方面顾及不足,无法满足实时高精度定位需求,因此建立高精度中国西北地区对流层延迟模型成为迫切需求。针对当前中国西北地区ZTD模型未同时顾及非线性高程归算以及季节变化等问题,本文将利用2015-2017年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5资料建立顾及非线性高程归算的中国西北地区对流层天顶延迟模型(MZTD模型)。联合未参与建模的2018年ERA5资料和中国西北陆态网84个GNSS测站数据,验证MZTD模型的精度和适用性,并与目前使用广泛的GPT3模型进行精度对比。结果表明：以2018年ERA5资料和中国西北陆态网测站数据为参考值,MZTD模型的均方根误差(RMS)分别为3.14cm和2.81cm,相对于GPT3模型精度分别提高了约16.3%和21.7%,同时MZTD减少模型参数,提升了模型计算效率。因此,顾及非线性高程归算的MZTD模型在中国西北区域体现了更好的精度和适用性,可以为中国西北地区进行实时GNSS水汽探测和导航定位提供重要参考。     

GPS接收机的定位误差分析

基于Superstar Ⅱ GPS接收机和MATLAB实验平台,实现了所有星座误差及信道误差的修正.重点分析了卫星钟差、电离层误差、对流层误差、地球自转效应等误差及修正方法.参照IGS精密星历,利用Klobuchar模型,电离层误差修正掉约14 m;利用高度角模型,对流层误差平均修正掉4.05 m;地球旋转效应误差最大修正掉约30 m;卫星钟差修正后不超过3.1 m.实验结果最终定位精度17 m,验证了误差修正方法的正确性,为今后进行的GPS接收机研制工作积累了经验.     

GNSS软件接收机算法设计与仿真测试

从GNSS（global navigation satellite system）软件接收机的总体结构出发,阐述了GNSS软件接收机基本原理,设计了GNSS软件接收机的信号相关器及其工作流程,介绍了基于FFT的码并行搜索策略,在信号跟踪中详细给出了载波环路中的鉴相器和鉴频器设计。对于导航定位解算,讨论了各项误差的处理方法,包括钟差和简化的等效对流层误差模型,并给出了最小二乘法的具体实现步骤。仿真结果表明,软件接收机中采用伪码并行捕获方法、DLL环与FLL环辅助下的PLL环路算法可获得良好的效果。在考虑星钟误差、对流层误差、电离层误差和地球自转引起的偏差等误差源的条件下,最小二乘法解算的单点定位结果满足要求。     

GPS水准精密高程测量关键技术

基于影响GPS水准精密高程测量的2个重要因素:对流层折射和GPS高程转换,介绍了对流层折射模拟的方法,主要有单参数法、随机过程方法和随机过程的分段线性方法.实例分析表明,随机过程的分段线性方法模拟效果较好;GPS高程转换常用数学模型拟合法和神经网络方法,提出了二次曲面拟合法与BP神经网络方法相结合的混合转换法,工程实例应用说明,该方法应用效果良好.     

基于MATLAB的对流层加权平均温度模型的研究

地基GPS气象学遥感水汽的方法是通过天顶湿延迟量确定大气可降水量。两个物理量之间转换时,需要一个转换系数,而转换系数又是大气加权平均温度的函数。为了提高水汽反演精度,利用内蒙古呼和浩特市2007年6月—2008年6月一年的地面和高空资料,编写MATLAB程序拟合适合于当地的加权平均温度(Tm)模型,为其它地区地基GPS水汽反演中加权平均温度模型的研究提供参考。     

Atmospheric science: stratospheric cooling and the troposphere

Satellite observations of tropospheric temperatures seem to show less warming than surface temperatures, contrary to physical predictions. Fu et al. show that statistical correction for the effect of stratospheric cooling brings the satellite-based estimates of tropospheric warming into closer agreement with observations of surface warming. Here we apply the method of Fu et al. to output from a state-of-the-art coupled climate model and show that simulated tropospheric temperature trends are consistent with those observed and that their method is robust.     

Extensive halogen-mediated ozone destruction over the tropical Atlantic Ocean

Increasing tropospheric ozone levels over the past 150 years have led to a significant climate perturbation; the prediction of future trends in tropospheric ozone will require a full understanding of both its precursor emissions and its destruction processes. A large proportion of tropospheric ozone loss occurs in the tropical marine boundary layer and is thought to be driven primarily by high ozone photolysis rates in the presence of high concentrations of water vapour. A further reduction in the tropospheric ozone burden through bromine and iodine emitted from open-ocean marine sources has been postulated by numerical models, but thus far has not been verified by observations. Here we report eight months of spectroscopic measurements at the Cape Verde Observatory indicative of the ubiquitous daytime presence of bromine monoxide and iodine monoxide in the tropical marine boundary layer. A year-round data set of co-located in situ surface trace gas measurements made in conjunction with low-level aircraft observations shows that the mean daily observed ozone loss is approximately 50 per cent greater than that simulated by a global chemistry model using a classical photochemistry scheme that excludes halogen chemistry. We perform box model calculations that indicate that the observed halogen concentrations induce the extra ozone loss required for the models to match observations. Our results show that halogen chemistry has a significant and extensive influence on photochemical ozone loss in the tropical Atlantic Ocean boundary layer. The omission of halogen sources and their chemistry in atmospheric models may lead to significant errors in calculations of global ozone budgets, tropospheric oxidizing capacity and methane oxidation rates, both historically and in the future.     

GPS参考站系统误差近实时估算方法

针对网络RTK技术中系统误差(主要包括残余的电离层与对流层及轨道误差等)的估算问题.提出一种近实时计算系统误差的方法.新方法采取两项措施,1)将经过双差电离层无关组合的码与相邻历元相位差值作为基本观测量;2)把系统误差当作待估参数,结合中长基线参考站已知坐标的先验信息,利用Tikhonov正则化原理和选权拟合方法,求解出系统误差.以1条中长基线的实测数据为例,新方法用2个历元数据就求解系统误差.与现有的方法相比新方法具有快速、使用方便等特点.     

利用OMI卫星资料计算N02地面浓度的方法研究

利用OMIN02卫星遥感数据,分析了2006年5月至2008年8月上海市N02对流层柱浓度,提出了由对流层柱浓度计算N02地面浓度的方法。由上海市徐家汇区实地观测的近地面N02浓度数据,结合全球大气化学传输模式MOZART-2,得到经过订正的近地面NO2浓度,并与柱浓度计算得到的NO2地面浓度进行了对比。结果显示,由柱...     

A new global zenith tropospheric delay model IGGtrop for GNSS applications

Tropospheric delay is one of the main sources of measurement error in global navigation satellite systems.It is usually compensated by using an empirical correction model.In this paper,temporal and spatial variations of the global zenith tropospheric delay(ZTD) are further analyzed by ZTD time series from global International GNSS Service stations and annual ZTDs derived from global National Centers for Environmental Prediction reanalysis data,respectively.A new ZTD correction model,named IGGtrop,is developed based on the characteristics of ZTD.Experimental results show that this new 3D-grid-based model that accommodates longitudinal as well as latitudinal variations of ZTD performs better than latitude-only based models(such as UNB3,EGNOS,and UNB3m).The global average bias and RMS for IGGtrop are about-0.8 cm and 4.0 cm,respectively.Bias values for UNB3,EGNOS,and UNB3m are 2.0,2.0,and 0.7 cm,respectively,and respective RMS values 5.4,5.4,and 5.0 cm.IGGtrop shows much more consistent prediction errors for different areas than EGNOS and UNB3m,In China,the performance of IGGtrop(bias values from-2.0 to 0.4 cm and RMS from 2.1 to 6.4 cm) is clearly superior to those of EGNOS and UNB3m.It is also demonstrated that IGGtrop biases vary little with height,and its RMS values tend to decrease with increasing height.In addition,IGGtrop generally estimates ZTD with greater accuracy than EGNOS and UNB3m in the Southern Hemisphere.     

Remote sensing precipitable water with GPS

The principle and method of remote sensing precipitable water (PW) by the Global Positioning System (GPS) are introduced. A series of tropospheric delay have been obtained from the dual frequency receiver’s data of global tracking stations in East Asia and precise satelllte ephemeris of IGS from July 31 to August 20, 1997. The continuous PW at the interval of 30 min have been estimated at Shanghai and Wuhan GPS sites. The results are compared with PW from conventional radiosonde during the same period, and the RMS is about 0.50 cm.