对流层延迟模型的残差包络建模

全球导航卫星系统(GNSS)的信号在穿过对流层时会产生延迟，通常使用经验模型对其进行修正。为确保定位结果安全可信，需建立经模型改正后的对流延迟残余误差的包络模型，用于位置服务的完好性监测。航空无线电技术委员会(radio technical committee for aeronautics, RTCA)推荐航空中使用0.12 m作为天顶对流层延迟残差的包络标准差。这一常值设定忽略了对流层延迟残余误差的地理和季节性变化，一定程度上降低了GNSS在涉及生命安全(safety of life, SoL)应用中的连续性和可用性。本文同时考虑经模型改正后的对流层延迟残余误差的地理和季节性变化，利用极值分析法建立了这些残余误差的包络模型。首先，将2000—2017年间共18 a的对流层延迟残差以10°为一带分纬度带进行日标准化，以提取对流层延迟残差的季节性变化信息；然后，用广义极值(general extreme value, GEV)分布分别拟合标准化残差和原始残差日均值的年最大、最小值，进而计算在10^-7概率水平下的残差限值；最后，将残差限值转化为包络标准差。本文分别建...     

GPS精密单点定位中对流层延迟处理方法研究

本文首先介绍了GPS精密单点定位技术,采用宽巷组合的方法得到观测方程。然后对精密定位中的误差改正作了简述,主要讨论了处理对流层延迟的Saastamoinen模型和Niell映射函数。提出用扩展卡尔曼滤波参数估计方法来处理对流层延迟,通过实例用Saastamoinen模型、Saastamoinen模型加Niell映射函数和扩展卡尔曼滤波参数估计三种方法对对流层延迟进行改正,结果表明该方法优于Saastamoinen模型。     

精密单点定位中对流层延迟改正模型分析

在精密单点定位中,通过有效的方法减小对流层误差源对定位精度的影响。其中Saastamoinen模型和Niell模型对减小对流层延迟误差效果较好。重点介绍了这两种模型,并通过实验分析了两种模型在精密单点定位中对对流层延迟误差的改正效果。实验结果以标准偏差和均方根的形式给出,说明了Saastamoinen模型与Niell模型对定位结果都有所改善,但Niell模型结果较好。     

基于GGOS Atmosphere数据的ZHD模型精度分析

对流层天顶干延迟(ZHD)建模是对流层延迟建模的一个重要组成部分,由于ZHD变化较为规律,因此,通常用模型来表达。而对流层天顶湿延迟(ZWD)变化不规则且随机性大,所以在GNSS处理中将它作为一个未知的待估参数。不精确的ZHD模型,会影响到ZWD估算的准确性,因此,选择精确合理的ZHD模型具有重要的意义。传统无线电探空仪数据获取的ZHD由于不能覆盖全球所有位置,尤其是海洋地区,而且在特殊天气使用也受限。为了更能全面反映ZHD模型的精度,本文尝试使用GGOS Atmosphere数据比较分析3种经典ZHD模型、即Saastamoinen模型、Hopfield模型和Black模型。通过对全球范围内的657个站点且时间覆盖长达5年的GGOS Atmosphere数据进行比较分析,我们得到以下结论:Saastamoinen模型优于Hopfield模型和Black模型,Saastamoinen模型的ZHD的精度可以优于1.5 mm。因此,在GNSS用户使用ZHD模型时,Saastamoinen模型可以作为使用模型。具体可以应用到GNSS大地测量学、GNSS车辆导航定位以及GNSS气象学。     

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。     

4种对流层模型在南极地区的适用性分析

GPS信号传播过程中穿过对流层时受到大气折射的影响,其信号发生弯曲和延迟,因此,对流层延迟是GPS测量的主要误差源之一。对流层延迟模型改正算法的选择关系着GPS探测大气水汽的精度。介绍了Saastamoinen、Hopfield、UNB3及EGNOS等4种国际上常用的对流层延迟模型,以南极戴维斯站(DAV1)为例,计算了4种对流层模型在南极地区的天顶总延迟(ZTD)、天顶干延迟(ZHD)和天顶湿延迟(ZWD),与探空数据进行比较,得到了适合南极地区的对流层延迟模型。     

海道测量定位中对流层延迟差分估计技术研究

为削弱海上对流层延迟对高精度海道测量的影响,提出了一种基于差分改正思想的对流层延迟估计方法。首先,以Saastamoinen模型作为先验值,采用精密单点定位技术估算对流层改正量。将天顶延迟的剩余误差作为待定参数,用Kalman滤波估计对流层的残余量;然后,分别估计基准站和移动站的对流层延迟,作为差分计算的初值代入差分解算模型中,从而求得海上移动站的精确位置。实测数据表明,相对于常规动态解,基于对流层差分改正的定位技术改善了移动站的定位精度,其中,垂直方向的精度提高了17.6%。     

卫星导航系统中对流层改正模型分析

为了获取高精度的卫星导航系统时间, 需要对卫星导航系统信号传输过程中的各项误差进行修正, 对流层延迟是卫星导航系统精密定位的主要误差源之一。本文利用模型函数理论针对对流层延迟的误差修正进行比对分析研究, 分别介绍了对流层模型:Marini模型、霍普菲尔德(Hopfield)模型、萨斯塔莫宁(Saastamoinen)模型、勃兰克(Black)模型, 定量分析了温度、气压、湿度等气象参数及测站地理位置对各模型的影响程度, 系统分析了对流层延迟特性及其误差改正模型的精度, 并利用事后公布的IGS跟踪站的对流层时延改正数据对模型分析结果进行检验, 得出Black模型受测站高程及各气象参数变化影响最小, 且优于GPS接收机内部改正模型产生的对流层时延。     

卫星定位中对流层延迟模型对比分析

对流层延迟是全球导航卫星系统（GNSS）定位中的重要误差源之一,本文对其产生机理进行了理论分析;对常用的Saastamoinen、Hopfield、Black和EGNOS 4种对流层延迟改正模型进行了详细的论述;选取国际GNSS服务（IGS）全球观测站中位于中国的6个站,利用全球大地测量观测系统（GGOS）提供的气象数据,对4种模型在这些站点的（ZTD）进行了计算。以IGS提供的ZTD数据作参考,对4种模型在各个站点的改正效果进行了对比分析,给出并分析了其偏差和均方根差,客观评价了其优劣,为国内GNSS卫星精确定位时对流层延迟改正模型的选择提供了参考依据。     

大气再分析资料反演对流层延迟精度分析

针对传统对流层延迟模型在复杂山区大高差环境下误差过大的问题，该文对欧洲中期天气预报中心的ERA5大气再分析资料反演的天顶对流层延迟精度进行分析，其中ERA5 ZTD由积分法+Saastamoinen模型求得。结果表明：以精密单点定位模糊度固定估计的ZTD为参考，ERA5 ZTD平均偏差绝对值为3.8 mm,总平均均方根误差为10.5 mm。北半球夏季偏差与均方根误差最大，冬季最小，南半球反之。并址站间的日内变化趋势相同，与PPP-AR ZTD变化趋势符合性较好，且呈现明显的日内周期性变化。ERA5 ZTD均方根误差由赤道向两极呈递减趋势，不同测站高程处ZTD精度与高程无明显关系，整体表现出较高精度。总体上，ERA5 ZTD能够满足在复杂山区大高差环境下的对流层延迟误差要求，可作为数据源进行区域对流层建模。