两种对流层延迟修正模型的比较与分析

在高精度GPS变形监测数据处理中,对流层延迟是影响其精度的主要误差源之一,需设法对其进行改正。最常用的方法是使用模型改正,在编程实现Hopfield模型和Saastamoinen模型的基础上,结合CDDIS提供的.zpd格式对流层延迟参考值,对比分析了对流层延迟模型值和参考值之间的差异。结果表明,两种对流层延迟模型在天顶方向吻合很好。随着高度角的减小,模型差异逐渐增大。当高度角在10°左右时,模型差值甚至达到23~24cm。因此,观测数据的处理需要根据测站情况,选择合适的对流层延迟模型,以改善定位的精度,获得好的定位结果。     

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。     

基于再分析数据反演全球对流层延迟精度评估

对流层延迟是全球卫星导航系统(GNSS)定位的主要误差源之一,利用再分析数据可以精确估计天顶对流层延迟.基于欧洲中期天气预报中心提供的再分析数据集(ERA-interim),提出了利用再分析数据估计测站天顶对流层延迟(ZTD)的积分方法,并利用2018年全球范围内334个国际GNSS服务测站提供的高精度ZTD作为参考值...     

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。     

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。     

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.     

区域天顶对流层延迟时空变化特性及其建模研究

介绍几种常用的全球对流层延迟改正模型和几种区域对流层延迟模型的建立方法,再利用美国密歇根州的8个测站天顶对流层延迟数据对天顶对流层延迟进行研究,得出天顶对流层延迟在时间尺度及空间尺度上的变化规律,与经度和纬度相关性一般,与高程强相关。通过美国密歇根州的4个测站数据分别计算3种区域对流层延迟模型,得出各个模型的精度,并比较它们的优劣,结论是一次线性插值模型是三者中精度最高的模型。     

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。     

三种对流层延迟模型的精度对比

针对不同对流层延迟模型的改正精度不同的问题,该文采用3个IGS站BJFS、SHAO、WUHN的2014年对流层天顶总延迟数据以及地面气象数据,对目前常用的3种对流层延迟模型:霍普菲尔德(Hopfield)、萨斯塔莫宁(Saastamoinen)、欧洲地球静止导航重叠服务(EGNOS)的精度进行了分析。结果表明:Saastamoinen和Hopfield模型的精度相当,EGNOS模型精度略差于其余两种模型,但能满足GNSS米级的定位要求;在气象条件变化剧烈时,EGNOS模型精度不如实测地面气象数据的Hopfield和Saastamoinen模块。     

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。     

融合对流层模型及其在精密单点定位中的应用

受实测气象参数的限制,使用标准大气参数的传统对流层模型的精度并不高;使用参数估计法的精密对流层模型增加了观测方程的待估参数,影响收敛速度. 针对实测气象参数缺失的情况,提出一种融合对流层模型,使用两种非实测气象参数模型分别计算出平均海平面处和测站处的气象参数,再利用Saastamoinen模型经验公式求解天顶对流层延迟（ZTD）. 利用RTKLIB软件进行精密单点定位（PPP）实验. 提出的融合对流层模型摆脱了实测气象参数的限制,解算结果表明:使用该模型时,在东、北、天方向的定位精度分别比Saastamoinen模型提高16 mm、1 mm、2.2 mm,比MOPS模型提高13.8 mm、0.7 mm、1.6 mm,比GPT/UNB3m+Sa模型提高2.9 mm、0.4 mm、0.7 mm,在天、北方向的定位精度接近参数估计模型,实现了PPP定位精度的提高.      

全球天顶对流层延迟模型新修正方法

针对对流层延迟误差与信号频率无关且具有较强的随机性的性质,该文以GGOS Atmosphere发布的格网数据作为真值,依据现有模型的全球残差分析了不同全球天顶对流层延迟模型的时空特征,并将中误差和平均相对误差作为评价指标,在空间维对全球进行分区。以Saastamoinen作为基础模型,构建新的修正模型,在各分区内拟合新模型系数。验证结果显示:相比于Saastamoinen模型,新模型在南半球高纬地区模型计算残差平均值由0.8m降到了0.5m以下,在(0.0~0.2)绝对小误差区间的误差分布比例提升了3%左右,且模型的稳定性得到了保证。     

基于EMD的GPS对流层延迟变化分析

利用GAMIT软件解算获得中国地壳运动监测网络GPS测站的天顶对流层延迟,利用经验模态分解(EMD)处理GPS天顶对流层延迟序列,提取趋势项进行分析,获得全国范围各测站对流层延迟变化趋势。由GPS天顶对流层延迟序列的趋势项分析可知,我国地区从东部到西部,延迟量大小依次减少;从东南到西北,延迟量大小依次减少;站点位于沿海地区及长江流域地区的GPS天顶对流层延迟的趋势项变化不确定。对于长江流域趋势项先增加后减小的地区,峰值时间与长江地区发生洪水的时间相吻合。     

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。     

GPS天顶对流层延迟计算方法研究

对流层延迟是影响卫星定位的主要误差源之一,如何建立更适合某个地区的区域对流层延迟改正模型,成为当今的一个热门研究课题。从目前广泛应用的全球对流层延迟模型入手,借助GAMIT高精度GPS数据处理软件,分析和总结天顶干、湿延迟规律和影响天顶干、湿延迟的主要因素,探寻并构建区域天顶对流层干延迟ZHD模型。     

常用对流层延迟修正模型的适用性分析及精化

针对不同对流层延迟模型的改正精度不同的问题,该文利用中国地区4个测站2015年的气象数据和天顶总延迟(ZTD)数据,研究了3种对流层延迟模型(萨斯塔莫宁(Saastamoinen)、SAAS和勃兰克(Black))在不同典型区域和不同季节的精度;在考虑Hopfield模型的纬度和周年周期特性的基础上,给出了一个新的HLD(Hopfield-Latitude-Day)模型。结果表明,3种经典模型中,Black模型的精度最高,SAAS模型次之,Hopfield模型最差。特别是在高海拔地区,以上特征更加明显。3种模型的数值精度均具有明显的季节性特征,冬季改正效果优于夏季。在低海拔地区,HLD模型的精度得到了明显提高,与同等条件下的3种经典模型相比,其精度分别提升了42.2%、40.2%和31.3%。     

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%。     

GGOS对流层延迟产品精度分析及在PPP中的应用

对流层延迟是卫星导航定位的主要误差源,GNSS广域增强需要高精度的对流层延迟产品进行误差修正。对流层延迟可通过GNSS进行实时估计,也可通过融合多源数据的数值气象预报模型获取。IGS发布的全球对流层天顶延迟产品由GNSS解算,其精度可达4mm,时间分辨率为5min,但其分布不均匀,在广袤的海洋区域无数据覆盖。GGOS Atmosphere基于ECMWF 40年再分析资料,可提供1979年以来时间分辨率为6h、空间分辨率为2.5°×2°的全球天顶对流层总延迟格网数据。本文通过2015年全球IGS测站的ZTD资料对GGOS的ZTD产品进行了评估,研究了GGOS Atmosphere对流层延迟产品与IGS发布ZTD资料之间的系统差,通过线性拟合估计出每个测站GGOS-ZTD与IGSZTD系统差系数(包括比例误差a和固定误差b),然后对比例误差a、固定误差b进行球谐展开,建立了两种ZTD数据源之间的系统差模型。选取IGS测站和陆态网测站,对附加系统偏差改正后的GGOSZTD产品对PPP的收敛速度的影响进行研究。本文研究结果表明:GGOS-ZTD与IGS-ZTD间存在系统偏差,其bias平均为-0.54cm;两者之间较差的RMS平均为1.31cm,说明GGOS-ZTD产品足以满足广大GNSS导航定位用户对对流层延迟改正的需要。将改正了系统差后的GGOS-ZTD产品用于ALBH、DEAR、ISPA测站、PALM测站、ADIS测站、YNMH测站、WUHN测站进行PPP试验,发现可明显提高定位收敛速度,尤其是在U方向上,收敛速度分别提高10.58%、31.68%、15.96%、43.89%、51.46%、14.69%、18.40%。     

地基GPS天顶对流层延迟与暴雨的相关性研究

以香港CORS网提供的GPS测站观测数据,利用GAMIT高精度数据处理软件解算出天顶对流层延迟,通过实验对比分析表明:天顶对流层延迟ZTD与大气可降水量PWV的相关性较高,同时天顶对流层延迟与暴雨之间也存在着较好的相关性,在缺少实测的气象资料的情况下利用天顶对流层延迟可代替PWV进行暴雨监测分析,并且对天顶对流层延迟用于暴雨监测的可行性进行了实验研究,取得了较为理想的结果。