(14)--4.4 对流层延迟GNSS测量与数据处理.ppt

* * * * * * 第4章 GNSS定位中的误差源 4.1 概述 4.2 相对论效应 4.3 钟误差 4.4 卫星星历误差 4.5 电离层误差 4.6 对流层误差 4.7 多路径效应 4.8 其他误差改正 回顾：大气的结构及其性质 对流层 0～40km 各种气体元素、水蒸气和尘埃等 非弥散介质（电磁波的传播速度与频率无关） 电离层 约60km-1000km 带电粒子 弥散介质（电磁波的传播速度与频率有关） 4.6 对流层延迟 对流层中的中性原子和分子对电磁信号的影响称为对流层延迟或对流层折射，对流层效应被简单地认为是电离层以下的大气效应： 对流层的折射影响，在天顶方向（高度角900）可产生2.3m的电磁波传播路径误差，且高度角的减小而增大。 当高度角为100时，传播路径误差可达20m。在精密定位中，对流层的影响必须顾及。 对流层的折射率与大气压力、温度和湿度关系密切 变化复杂，对n的变化和影响，难以精确模型化。 4.6 对流层延迟 通常将对流层的大气折射分为干分量和湿分量两部分，Nd和Nw分别表示干、湿分量的折射数，则 N0 = Nd + Nw。 4.6 对流层延迟 沿天顶方向，对流层大气对电磁波传播路径的影响，可表示为 干分量引起的电磁波传播路径距离差主要与地面的大气压力和温度有关；（90%） 湿分量引起的电磁波传播路径距离差主要与传播路径上的水汽状况密切相关。（10%） 由地球表面向上沿天顶方向的电磁波传播路径为 考虑干、湿分量的折射数，则有 S0为电磁波在真空中的传播路径，Hd为当Nd趋近于0时的高程值（约40km），Hw为当Nw趋近于0时的高程值（约10km） 4.6 对流层延迟 N0 = Nd + Nw 于是沿天顶方向电磁波传播路径的距离差为 定位精度要求不高时，忽略不计 采用对流层模型加以改正 引入描述对流层的附加待估参数，在数据处理中求解 观测量求差---当基线较短时(20km)，稳定的大气条件下，利用差分法来减弱大气折射的影响 4.6 对流层延迟---削弱方法 Hopfield模型 改进的Hopfield模型（自学） Saastamoinen模型 4.6 对流层延迟---对流层模型 利用全球实测数据，Hopfield（1969）通过试验发现了一种干折射率的经验表示法，将干分量折射性表示为高度h的函数，即 Nd，0为地面大气折射数的干分量 干分量对流层天顶方向延迟为 4.6 对流层延迟---Hopfield模型 参数 Hd，H. Hopfield通过分析全球高空气象探测资料，推荐了如下经验公式 p为大气压力，单位为mbar；T为温度，单位为K 由于水汽含量随时间和空间变化剧烈，湿分量很难模型化。鉴于没有合适的替代 模型，Hopfield模型假设湿分量与干分量具有相同的函数形式，故： 式中，平均高度为：hw=11000m。 湿分量对流层天顶方向延迟为 4.6 对流层延迟---Hopfield模型 Nw，0为地面大气折射数的湿分量 e为水汽的局部压力，单位为mbar；T为温度，单位为K；c2、c3为经验值，并不能完全描述当地环境，可通过记录测站气象数据进行修正 由此，以米为单位的总对流层天顶延迟为： 如果考虑视线方向信号，必须增加倾斜因子，最简单的方式是将天顶方向延迟投影到视线方向。通常天顶方向延迟到任意天顶角方向的延迟转换指的就是映射函数。 引入映射函数，上式变为： 式中，md(E)、mw(E)分别为干分量和湿分量的映射函数；E为测站高度角（将视线视为直线），(单位为°)。Hopfield模型映射函数明确地表达为： 4.6 对流层延迟---Hopfield模型 由测站量p、T、e值，T表示测站的温度（单位K）；P表示气压（单位为mbar）；e是水蒸气的局部气压（mbar）；并计算测站高度角E后，由此式就可以得到干延迟、湿延迟和总对流层路径延迟。 电磁波传播方向上的对流层延迟： 4.6 对流层延迟---Hopfield模型 原始模型 e是水蒸气的局部气压（mbar）； 式中，Rh为相对湿度（%）；exp为指数函数。 4.6 对流层延迟---Saastamoinen模型 拟合后的公式 e是水蒸气的局部气压（mbar）； 式中，Rh为相对湿度（%）；exp为指数函数。 摄氏温度到开尔文温度的转换公式为： 4.6 对流层延迟---Saastamoinen模型 与高度相关的气压、温度和湿度方程为： 式中，P0、T0和Rh0分别称为H0参考高度的标准气压、温度和湿度。显然，它们的取值取决于测站位置、时间和气候。此外下列标准值可用 4.6 对流层延迟---Saastamoinen模型 * * * * * *