GPS测量大气折射模型研究

在精密ＧＰＳ测量中,大气折射改正误差是最大的误差源之一。研究大的射理论,建立更加符合实地的模型,推导精确的改正公式,已成为ＧＰＳ测量研究中最重要的课题之一。本文对大层折射理论进行了深入研究,建立了新的在气层模型,推导出新的更精确的折射改正公式。     

光电信号在大气层传播中由于折射产生的路径弯曲

光电信号在大气层内传播 ,由于折射其传播方向将有微小变化 .其路径不是直线而是一条曲线 .研究了信号在大气层传播中方向变化的规律 ,导出了弯曲改正的计算模型 ,可以精确计算信号的弯曲改正 .     

水准测量大气折射改正公式的严密推导

本文应用积分法对大气折射改正公式进行了严密推导，导出了计算折射改正的严密公式，并给出了简化的实用公式。经过实用测检验，该简化公式可以按测段计算折射改正，适用于炎准测量，并能达到较好的改正效果。     

大气折射的原理性公式

大气折射理论是天文学和测地学中的重要研究课题之一.电磁波在大气层传播过程中速度和方向的变化,引起了不同的大气折射效应.针对不同的观测目标和不同的测量技术,在不采用普遍折射和反射定律的情况下,本文给出了不依赖于大气分布状态的,适合于测角、测距和测速的大气折射原理性公式.     

一种InSAR大气相位建模与估计方法

为了削弱大气延迟对干涉结果的影响以提高InSAR的测量能力,本文在InSAR大气相位特征分析的基础上,研究了一种新的InSAR大气相位建模与估计方法.首先采用稳健估计确定大气垂直分层部分的模型参数,然后利用基于Matern模型的Kriging插值估计大气紊流部分,最后应用估计的大气垂直分层和紊流资料改正InSAR测量结果.利用覆盖河南义马地区的ASAR数据对本文提出的方法进行了验证,结果表明去除大气影响后,InSAR重建的DEM与参考DEM的高程差异的均方误差由19.5m降至5.3m,精度提高了约72%.同时,改正后的干涉图更合理地揭示了义马矿区的沉降漏斗情况,进一步验证了本文方法的有效性.     

地球物理场观测中的大气效应问题研究

作用在地表的大气质量不仅产生引力位的扰动，而且会引起各种地球物理场的附加效应，本文综述了近年来国内外同行在研究地表位移、重力、倾斜和应变固体潮观测中实施的大气效应改正问题，包括利用台站气压资料建立的实测模型，建立大气重力格林函数，利用全球和区域气象数据计算大气效应，建立大气改正的误差模型等，最后文章讨论了今后研究展望。     

光学和近红外波段的大气群折射率差理论公式

中性大气折射延迟是激光测距技术的主要误差源.本文基于国际大地测量与地球物理联合会（IUGG）1999决议推荐的光学和近红外波段的大气折射率差理论模型,在Mendes（2004）理论的基础上,对某些理论公式进行了重新推导,给出了大气折射率差静力学和非静力学分量的实用表达式.推导出了大气折射率差的级数展开式,并保留至波长的负6次方项;同时在水气引起的折射率差上加上了频率改正项.计算发现,水气项中的频率改正对折射率差的贡献是不可忽略的.本文工作可为空间大地测量,特别是激光测距技术的研究提供一定的参考和依据.     

基于GPS和MODIS的ENVISAT ASAR数据干涉测量中大气改正方法研究

GPS数据用于改正InSAR中大气延迟误差的方法受GPS站点密度的限制,只利用有限的几个站点所观测到的大气数据来生成干涉图的大气改正图,往往达不到很好的效果.本文研究利用GPS与MODIS数据的联合使用来生成大气改正图,首先用GPS数据对MODIS水汽产品进行分块校准,并且对MODIS水汽数据进行了空间结构函数分析,得到研究区域内水汽场的空间分布规律.然后把这种区域水汽场的空间分布信息结合到Kriging内插法中生成更为合理的水汽图.通过上海地区ENVISAT ASAR数据的实验发现,这种加以改正的GPS和MODIS数据联合改正法不仅可以对长波大气信号有明显的消弱,还能消弱一些短波的大气信号,特别是一些幅度较强的短波信号;经过GPS+MODIS算法改正后,短波信号占优和长波信号占优的两幅差分大气延迟图的整体RMS分别降低了32.74%和38.82%,去除幅度较大.与GPS+ATM(大气传输模型)算法比较,我们发现,在上海地区有限的数据条件下（即研究区域内只有6个GPS点）,GPS+MODIS法在大气去除效果或者说大气信号重现能力方面优于GPS+ATM算法.GPS+MODIS算法在捕获短波大气信号方面要比GPS+ATM更有优势,因此也可以改正短波大气误差.     

映射函数形式的天文大气折射理论公式

重新研究了中性大气折射延迟映射函数的近似母函数.在此基础上,本文得到了一个新的天文大气折射的理论公式,即映射函数形式的表达式.数值计算表明,利用本文公式和利用普尔科沃大气折射表公式计算的蒙气差相差很小.在天顶距小于30°的情况下,二者之差小于0″.05,在天顶距小于65°的情况下,二者之差小于0″.11;在天顶距大于65°的情况下,二者之差却不增反降,直至在天顶距75°处出现负值,但也就是在天顶距75°处,二者之差的绝对值又开始增加;但总体上,在天顶距小于75°时二者之差的绝对值小于0″.11.可见,以映射函数形式的蒙气差公式取代复杂的普尔科沃大气折射表公式是可行的,也可以利用天文大气折射测定值来建立大气延迟模型.     

无线电掩星反演大气参数误差分析及应用进展

本文详细分析了影响空间GPS无线电掩星反演大气参数方法的主要误差源，其中包括信噪比误差，精密定轨误差，电离层模制误差，多路径效应和时钟改正等误差，并且介绍了国内外在无线电掩星领域的一些应用研究进展。     

基于四川GPS观测网络的分米级差分GPS接收机

基于四川GPS观测网络,本文提出采用低成本GPS-OEM板设计分米级差分GPS接收机。介绍四川GPS观测网络的工作原理,应用GPS观测网络改正由GPS轨道误差、电离层、对流层和大气折射引起的误差,将高精度的差分信息通过GPRS发给流动站来提高接收机的定位精度;论证了差分GPS的定位原理;最后提出整个系统的设计方案,用Thales DG14L OEM板处理GPS天线接收到的卫星信息,同时对GPRS天线接收数据中心差分信号进行差分运算。单片机控制软件采用汇编语言和C语言来编写。系统的实验结果表明,差分GPS接收机应用效果好,定位精度高,最重要的是降低了接收机的成本。     

基于GPS和大气传输模型的InSAR大气改正方法研究

利用GPS数据改正InSAR大气影响中,GPS站网的低空间密度是限制改正精度的一个主要因素.文中引入大气传输模型（ATM）来考虑大气状态在时间上的演化,并兼顾了风向的估计,把GPS-ZWD（GPS湿延迟）时间序列观测值转换为空间上分布比较稠密的GPS-ZWD网络,然后利用该稠密网络在空间上内插产生水汽延迟图,来更好地模拟InSAR影像获取时刻的水汽场,提高大气改正精度.实验结果表明,在研究地区有限的数据条件下（即只有6个GPS点的情况下）,GPS+ATM算法在重现大气信号能力方面比单纯的使用影像获取时刻的GPS-ZWD数据要强,并且其对长波的大气误差去除更明显;用来做实验的三幅差分干涉图中,GPS+ATM算法对两幅以长波信号为主的干涉图中的大气影响分别降低了21.7%和22.6%,比仅使用SAR过境时刻GPS-ZWD数据时的结果分别改进了4.5%和8.7%.而对以短波信号为主的干涉图没有明显提高.     

GPS坐标时间序列中大气质量负荷最优改正方法分析

大气负荷会造成显著的测站坐标时间序列垂向季节性变化,其量级可以达到10~20 mm.本文通过对全球58个IGS基准站2007—2011年期间观测数据的解算,比较分析了不同大气负荷改正策略下的修正效果,确定了最优大气负荷改正方法.结果表明,在观测值层面对潮汐、非潮汐大气负荷进行统一改正是最优的改正方法,可以使80%以上测站的RMS值减小,日均值改正效果较差,只能改正约20%的测站.     

InSAR大气误差改正及其在活动断层形变监测中的应用

为了获取青藏高原东北缘老虎山断裂带精确的震间形变速率场,通过对短时间基线干涉图大气改正效果的评价,从3种外部大气数据(MERIS, ERA-Ⅰ, WRF)中确定出最优的大气改正方法,用于长时间基线干涉图中的大气信号改正;然后利用层叠法(stacking)累积平均经大气和轨道改正后的干涉图,获取了研究区的震间形变速率场.结果显示:海原断裂系统区域内,MERIS和ERA-Ⅰ的大气改正效果优于WRF;MERIS和ERA-Ⅰ的改正结果给出了相似的形变速率场,断层两盘相对形变速率为视线向2.5 mm/a,转换成平行于断层方向为6.5 mm/a,与GPS结果一致;在近断层5 km的范围内,出现了较大的形变梯度,揭示了浅层蠕滑的存在.      

不同卫星载荷探测NDVI性能差异分析及变换参数确定

提出了一种多卫星载荷探测归一化差异植被指数(NDVI)的差异定量分析与改正新方法.该方法集成PROSPECT模型、SAIL模型和MODTRAN大气辐射传输模型来模拟不同卫星载荷的遥感信号,使用遥感模拟信号而非实际卫星图像进行NDVI差异分析和改正.信号模拟中考虑了传感器光谱响应和大气条件的影响,对国内外的30种卫星载荷探测NDVI的差异进行了定量分析.最后,针对不同卫星载荷探测NDVI之间存在的差异,利用模拟数据建立了地面能见度分别为10,23,50km大气条件时30种国内外主要卫星载荷NDVI值间的相互转换关系.本文方法对多载荷NDVI应用分析具有一定的理论及实用意义.     

基于卫星数据和NRLMSISE-00模型的低轨道大气密度预报修正方法

NRLMSISE-00大气模型广泛应用于航天器定轨和预测等方面,但存在着较大的误差,尤其是在短期变化方面.为了提高低轨道大气密度短期预报的精度,我们提出了一种基于实测数据对NRLMSISE-00大气模型密度结果进行修正预报的方法:利用GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)和CHAMP(Challenging Mini-Satellite Payload)卫星2002-2008年大气密度探测数据对NRLMSISE-00模型进行误差分析,获得模型的修正因子,再对模型的大气密度结果进行修正.采用该修正方法对GRACE-A和CHAMP卫星轨道上的大气密度进行3天短期预报试验验证,结果表明可显著提高大气密度的预报精度,在太阳活动低年,修正后的大气密度预报误差比NRLMSISE-00模型误差降低50%以上.     

水下重力辅助导航中重力测量误差改正研究

重力辅助惯性导航系统是未来水下载体导航的重要方式,实时提供重力测量数据是实现水下载体重力辅助导航的关键技术之一.详细探讨了水下载体重力观测数据的厄特弗斯改正和水平扰动加速度改正的数学模型,通过仿真计算分析了载体的位置、航向角和速度误差对厄特弗斯改正精度的影响.仿真结果表明,航向角误差和速度误差对厄特弗斯改正的影响较大;当V=8节、φ=30°时,载体向北航行时,0.5°的航向角误差造成的厄特弗斯改正误差约0.5mGal,载体向东航行时,0.1节的速度误差造成的厄特弗斯改正误差约0.6mGal;要保证厄特弗斯改正精度在±1mGal以内,则要求航向角误差在±1°以内,且航速测量误差在±0.1节以内.     

卫星重力反演的短弧长积分法研究

给出了统一求解球谐位系数、弧段边界轨道改正向量、有偏距离改正及加速度计偏差的短弧长积分法,通过对力模型梯度改正减弱了轨道误差对反演地球重力场的影响.采用GRACE卫星1个月的实测轨道及星间距离数据计算表明,短弧长积分法加了梯度改正的精度比不加梯度改正整体提高了近一倍,且该方法在高阶次位系数的精度优于动力学法.基于GRA...     

电离层残差对掩星反演温度精度的影响

本文以MSIS90大气模式和3D NeUoG电离层模式为大气背景,用三维射线追踪法模拟研究了太阳活动强度、地方时、掩星平面方位角对弯曲角电离层残差和温度电离层残差的影响,以及电离层残差对全球日平均温度的影响.结果表明：电离层残差是平流层顶部（35~50 km）和中间层底部（50~70 km）掩星大气温度反演的主要误差.在太阳活动活跃期,电离层残差对单一掩星事件的平流层顶部平均温度的影响可达1.8 K,中间层底部平均温度的影响可达7 K;对全球日平均温度的影响在平流层顶可达-0.6 K,在70 km高度处可达1.2 K.发展新的电离层改正方法或电离层残差修正算法对提高掩星大气反演精度和全球气候监测意义重大.     

流动地磁监测数据处理流程

阐述了中国地震局流动地磁团队现在采用的数据处理流程,包括最近台站替代法的日变通化和自然正交分量模型的长期变化改正。并采用该流程对野外地磁测量数据进行了日变通化和长期变化改正,得到岩石圈磁场年度变化数值,残差分析表明误差不大于10 nT,一般在5 nT之内。