地基GPS遥感天顶水汽含量方法研究

利用IGS提供的精密星历及精密钟差,分别采用卡尔曼滤波法、双差法对天顶对流层延迟进行估计,并与IGS提供的测站天顶延迟进行对比。根据所解算的天顶对流层延迟,利用经验模型求解天顶干延迟,最后分离出天顶湿延迟,进行大气可降水分的求解。     

精密单点定位中卫星星历对天顶对流层延迟估计的影响

为了分析不同卫星星历对天顶对流层延迟估计的影响,本文选取不同的卫星星历产品分别进行静态精密单点定位试验,估计天顶对流层延迟,并与IGS发布的天顶对流层延迟产品相比。结果表明,采用最终星历、快速星历和超快星历实测部分时,天顶对流层延迟的平均RMS值分别为4.5mm、4.3mm和4.6mm,估计精度一致。而采用超快星历外推部分时,平均RMS值为6.3mm,估计精度略低。     

IGS精密星历和钟差对天顶对流层延迟精度的影响

为研究IGS精密轨道和钟差产品对天顶对流层延迟精度的影响,文章利用位于中国北京、上海、拉萨等地的6个IGS跟踪站所提供的2013年4月7日～10日4天的数据,采用GPSTools软件进行实验,计算各跟踪站的天顶对流层延迟(ZTD),并与IGS提供的对流层延迟产品进行对比.结果表明,利用IGS精密轨道解算的ZTD与IGS提供的ZTD相当,两者偏差的平均RMS优于5mm,利用IGS超快速钟差预报部分解算的ZTD与IGS提供的ZTD存在2cm～3cm误差,平均RMS大于1cm.     

一种新的全球对流层天顶延迟模型

利用IGS提供的高精度对流层天顶延迟数据,在全球范围内详细分析对流层延迟在高程及水平方向的变化规律,建立了一种新的全球对流层天顶延迟模型。该模型计算方法简单,只与年积日和位置参数有关,无需气象参数。经检验,新模型的对流层延迟改正精度优于输入标准气象参数的几种常用的对流层延迟模型,满足卫星实时定位和导航的精度要求。     

基于北斗的精密单点定位估计对流层天顶延迟精度分析

通过全球导航卫星（GNSS）系统获取对流层天顶延迟对于气象和电波折射修正具有重要应用价值。利用自主研发的静态精密单点定位软件CRPPP,基于国际GNSS地球动力学服务局（IGS）发布的北斗系统（BDS）精密星历和精密钟差,给出了BDS估算天顶延迟结果。以IGS发布的全球定位系统（GPS）结果为参考对比,BDS估算天顶延迟结果平均偏差优于5mm,均方根误差（rms）优于2．3cm．同时,给出了西沙地区GPS与BDS估计结果,结果表明：利用北斗系统估计的对流层天顶延迟精度与GPS相当。     

提高对流层天顶总延迟解算精度的新方法探讨

对流层天顶总延迟的解算精度,直接影响长基线解算的精度和大气水汽含量的计算精度。文中提出克利金内插法解算天顶总延迟的新方法,并利用南极长城站和周边IGS跟踪站的GPS数据,通过高精度解算软件GAMIT/GLOBK,解算出长城站上空的对流层天顶总延迟,将其与利用内插方法解算的天顶总延迟进行了对比分析,得出:利用该内插方法获取的南极长城站在夏季的天顶总延迟的均方差可达0.2mm,这对今后GPS高精度定位和GPS气象学应用来说,具有重要意义。     

GPS对流层延迟改正UNB3模型及其精度分析

就GPS对流层延迟改正UNB3模型的天顶延迟模型和Niell映射函数模型进行了详细的探讨,采用C 语言编程,建立了相应的程序模块;在GPS普通单点定位中,比较分析了UNB3模型的修正精度;通过IGS跟踪站的大量数据分析计算表明,UNB3天顶延迟模型的修正精度在平面x、y方向上与Saastamoinen天顶延迟模型相当,在高程H方向上优于Saastamoinen天顶延迟模型.     

基于小波分析的GPS对流层延迟变化研究

利用GAMIT软件获得了中国地壳运动监测网络GPS测站的天顶对流层延迟, 利用小波分析方法对GPS天顶对流层延迟序列进行处理, 获得了测站对流层延迟变化规律。由GPS天顶对流层延迟序列分析可知, 天顶对流层延迟序列呈明显的年周期变化;天顶对流层延迟的大小随海拔的增加而减小;低纬度和中纬度地区的对流层延迟曲线的波形存在明显差异。     

GPS动态水汽反演对对流层天顶延迟解算精度分析

针对GPS动态水汽反演过程中对对流层天顶延迟解算精度的评估方法问题,提出了一种利用对流层延迟闭合和附合条件来评估对流层估计精度的方法。通过对PBO观测网中的12个CORS基站以及6个IGS基站的观测数据分析,分别从内符合精度和外符合精度两方面来评估动态对流层解算的精度。在内符合精度的数据处理上,使用事后精密星历,每15s计算一次相对对流层延迟数据。精度满足GPS动态水汽反演对天气预报的基本要求。在外符合精度的数据处理上,使用事后精密星历和超快星历分别对天顶方向对流层延迟进行处理,根据与静态参考值进行比对,两者结果高度吻合。研究结果对GPS动态水汽反演中动态对流层天顶延迟的解算具有重要的参考价值。     

两种对流层延迟模型对不同海拔地区模拟效果的比较与分析

对流层延迟是GPS传播过程中的主要误差源之一,误差的量级足以对观测数据的质量产生影响。在一般的工程应用中,大多采取建立对流层延迟模型的方式消除对流层延迟的影响。本文在编程实现Hopfield模型和Saastamoinen模型的基础上,结合IGS提供的BJFS、URUM、LHAZ测站的气象数据、对流层延迟参考值,分析了在不同海拔高度下对流层延迟模型值和参考值之间的差异。结果表明,随着测站海拔高度的增加,天顶方向对流层延迟逐渐减小,模型间差值逐渐增大。对于高海拔地区,Saastamoinen模型对天顶方向延迟的模拟效果更好。当卫星高度角减小时,模型间差值逐渐增大。测站越高,模型间差值越大。所以对高海拔地区的观测数据进行处理时,选择合适的延迟模型显得十分必要。     

Implementation and testing of the gridded Vienna Mapping Function 1 (VMF1)

The new gridded Vienna Mapping Function (VMF1) was implemented and compared to the well-established site-dependent VMF1, directly and by using precise point positioning (PPP) with International GNSS Service (IGS) Final orbits/clocks for a 1.5-year GPS data set of 11 globally distributed IGS stations. The gridded VMF1 data can be interpolated for any location and for any time after 1994, whereas the site-dependent VMF1 data are only available at selected IGS stations and only after 2004. Both gridded and site-dependent VMF1 PPP solutions agree within 1 and 2 mm for the horizontal and vertical position components, respectively, provided that respective VMF1 hydrostatic zenith path delays (ZPD) are used for hydrostatic ZPD mapping to slant delays. The total ZPD of the gridded and site-dependent VMF1 data agree with PPP ZPD solutions with RMS of 1.5 and 1.8 cm, respectively. Such precise total ZPDs could provide useful initial a priori ZPD estimates for kinematic PPP and regional static GPS solutions. The hydrostatic ZPDs of the gridded VMF1 compare with the site-dependent VMF1 ZPDs with RMS of 0.3 cm, subject to some biases and discontinuities of up to 4 cm, which are likely due to different strategies used in the generation of the site-dependent VMF1 data. The precision of gridded hydrostatic ZPD should be sufficient for accurate a priori hydrostatic ZPD mapping in all precise GPS and very long baseline interferometry (VLBI) solutions. Conversely, precise and globally distributed geodetic solutions of total ZPDs, which need to be linked to VLBI to control biases and stability, should also provide a consistent and stable reference frame for long-term and state-of-the-art numerical weather modeling.     

天线相位中心改正模型对PPP参数估计的影响

比较了IGS发布的相对天线相位中心改正模型与绝对天线相位中心改正模型,分析了两种不同模型对精密单点定位（PPP）参数估计的影响。结果表明,采用不同的天线相位中心改正模型,天顶对流层延迟（ZPD）的估值存在5mm左右的差异,接收机钟差参数存在3ns左右的差异,估计的测站坐标高程方向有1cm左右的差异。使用绝对天线相位中心模型估计得到的ZPD精度优于5mm,高程方向定位精度约为1cm,接收机钟差估计的精度达0.1ns。     

A new type of troposphere zenith path delay product of the international GNSS service

The International GNSS Service (IGS) has been producing the total troposphere zenith path delay (ZPD) product that is based on combined ZPD contributions from several IGS Analysis Centers (AC) since GPS week 890 in 1997. A new approach to the production of the IGS ZPD has been proposed that replaces the direct combination of diverse ZPD products with point positioning estimates using the IGS Combined Final orbit and clock products. The new product was formally adopted in 2007 after several years of concurrent production with the legacy product. We describe here the advantages of the new approach for the IGS ZPD product, which enhance the value of the new ZPD product for climate studies. We also address the impact the IGS adoption in November 2006 of new GPS antenna phase center standards has had on the new ZPD product. Finally we describe plans to further enhance the ZPD products.     

高纬度BDS/GPS PPP中的对流层延迟改正模型优选

由于高纬度地区气温气压值及变化率与中低纬度地区有较大差异,因此目前发布的多种对流层延迟模型在高纬度地区使用的精度会不同。为了给高纬度地区BDS/GPS用户提供更好的对流层延迟模型选择,文中采用UNB3,EGNOS和GPT2模型,以IGS发布的ZPD产品和SINEX文件作为参考,对比基于这三种对流层延迟模型计算的天顶对流层总延迟量以及精密单点定位精度,可知GPT2较UNB3和EGNOS在高纬度地区定位中有更好的精度表现。     

精密卫星钟差加密方法及其对星载GPS低轨卫星定轨精度影响

系统分析、比较了几种精密卫星钟差加密方法，研究了利用全球分布的IGS永久跟踪站的GPS观测数据估计高采样率卫星钟差参数的原理与方法，并将各种卫星钟差加密方法得到的结果与IGS数据分析中心估计的卫星钟差结果相比较。最后将不同加密方法得出的精密卫星钟差结果用于基于星载GPS双频非差观测值的CHAMP低轨卫星的定轨，并将不同方法得到的定轨精度进行比较。结果表明，利用地面跟踪站的GPS观测数据，可高精度、高密度地估计GPS卫星钟差，估计精度可达0．1～0．5ns。经地面GPS跟踪站数据估计的GPS卫星钟差，应用于基于PPP方法的低轨卫星定轨，其定轨精度在10cm以内。     

卫星钟差解算及其星间单差模糊度固定

整数相位模糊度解算可以显著提高GNSS精密单点定位（PPP）的精度。本文提出一种解算卫星钟差的方法,通过固定星间单差模糊度恢复出能够支持单台接收机进行整数模糊度解算的卫星钟差,即所谓的“整数”钟差。为了实现星间单差模糊度固定,分别通过卫星端宽巷FCB解算和模糊度基准的选择与固定恢复出宽巷和窄巷模糊度的整数性质。为了证明本文方法的可行性,采用IGS测站的GPS数据进行卫星钟差解算试验。结果表明,在解算钟差时,星间单差模糊度固定的平均成功率为73%。得到的卫星钟差与IGS最终钟差产品相比,平均的RMS和STD分别为0.170和0.012 ns。448个IGS测站的星间单差宽巷和窄巷模糊度小数部分的分布表明本文得到的卫星钟差和FCB产品具备支持PPP用户进行模糊度固定的能力。基于以上产品开展了模拟动态PPP定位试验,结果表明模糊度固定之后,N、E、U和3D的定位精度（RMS）分别达到0.009、0.010、0.023和0.027 m,与不固定模糊度或采用IGS钟差的结果相比,分别提高了30.8%、61.5%、23.3%和37.2%。     

基于PANDA软件的实时精密单点定位研究

基于PANDA软件，研究了全球以及中国境内实施实时精密单点定位的模式及可行性。实际数据分析结果显示，采用IGS中心提供的超快速预报星历（Ultra—BRD），利用全球40个左右均匀分布的IGS站实时数据，PANDA软件实现了10～20cm精度的实时精密单点定位；国内仅需6～7个测站的实时观测数据，PANDA软件就可以提供全国范围精度为10～20cm的实时精密单点定位服务。     

雾霾与GPS对流层天顶延迟相关性探究

利用国际GNSS服务（International GNSS Service,IGS）提供的对流层天顶延迟（zenith path delay,ZPD）产品,研究其与雾霾的相关性,并探究了造成雾霾的“元凶”——悬浮颗粒物与气压、温度和湿度的变化关系。首先,研究了中国境内4个IGS站30 d的日平均ZPD与量化评定雾霾的空气质量指数（air quality index,AQI）的变化趋势,发现二者基本同步增大（减小）。内陆3个站点的相关系数绝对值均大于0.5,说明ZPD与表征雾霾的AQI有着较强的相关关系,雾霾对对流层延迟产生影响。其次,对1 h采样率的北京房山空气质量分指数（individual air quality index,IAQI）与ZPD进行分析,二者的变化趋势基本一致,其中PM2.5、PM10、AQI与ZPD的相关系数分别为0.504 2、0.539 1和0.555 4。同时,当AQI达到300以上重度污染时,会对ZPD产生5 cm以上差值的显著影响。最后,利用IGS的M文件探究了北京房山各IAQI与气压、温度、湿度24 h变化,一天中IAQI、气压、湿度均呈“U”变化趋势,而温度则呈现倒“U”变化,说明雾霾的形成与气压、温度、湿度相关,并利用逐步线性回归给出了概略模型。     

不同对流层改正方法对 PPP 定位效果影响的对比分析

对流层延迟是影响精密单点定位效果的一项重要误差源,不同的对流层改正方法直接影响PPP的定位结果。对比分析采用UNB3模型、Saastamoinen模型、ZTD参数估计3种方法对PPP定位精度和收敛时间的影响。实验结果表明:3种模型平面改正精度和收敛时间基本一致。天顶方向改正精度UNB3模型与ZTD参数估计法基本相当,但两者优于Saastamoinen模型;收敛速度UNB3模型与Saastamoinen模型基本一致,ZTD参数估计法收敛速度较慢。     

A real-time meteorological-based troposphere (RMT) correction with integrity bound for long baseline DGPS

This paper concentrates on the analysis of a real-time meteorological (MET)-based troposphere (RMT) model where MET data are used in real-time to provide troposphere error corrections with a bounded level of integrity for a prototype National Differential Global Positioning System-High Performance (NDGPS-HP) architecture. Toward this goal, three aspects are studied for this approach: sensitivity analysis, accuracy assessment, and integrity analysis. A Hopfield zenith delay and Chao mapping function models were chosen as a good compromise between accuracy and complexity in the integrity analysis. The sensitivity analysis results indicate that the Hopfield model is mostly sensitive to hot humid conditions, which is compounded slightly more and where some relative humidity sensors are less accurate. The accuracy assessment was performed with respect to both absolute and relative accuracy. In the absolute accuracy assessment, the comparison was made in terms of zenith troposphere delay estimation error, with respect to the International GPS Service (IGS) final troposphere zenith path delay (ZPD) product, which was used as the true ZPD. For locations where IGS stations are not available, a relative accuracy assessment was performed whereby comparisons were made in terms of GPS double difference (DD) carrier-phase troposphere correction residuals using various techniques. The accuracy assessment results indicate that the RMT has insignificant differences from the prototype National Oceanic and Atmosphere Administration (NOAA) troposphere error forecast model. An integrity analysis was performed, which presents integrity bounds for the RMT that can be applied to a NDGPS-HP architecture in which integrity requirements exist. The overriding goal of this effort was to establish a preliminary real-time troposphere error estimation model, with defined levels of integrity in its troposphere error estimation that can be included in an NDGPS-HP architecture, where integrity is a key system requirement. The conclusion is drawn that the RMT model may be well suited for a variety of users within a NDGPS-HP architecture. An erratum to this article can be found at