The impact of the antenna phase center models on the coordinates in the EUREF Permanent Network

GPS Solutions - Precise positioning using the signals of the Global Position System requires correcting the distance between the points of reception of the signal carrier phase and the antenna...     

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。     

气象参数对对流层折射影响的相关研究

对流层折射是卫星导航测量的重要误差源之一。针对卫星导航仿真系统高精度和强实时性的要求,本文利用Hopfield模型和Saastamoinen模型分析了不同气象环境下气象参数对计算对流层天顶折射的影响。研究表明天顶折射量是各气象参数的增函数,在相同气象环境下,对各气象参数的敏感度各不相同。当气象环境改变时,敏感度的变化也不相同:气温的敏感度变化幅度最大,相对湿度次之,而大气压的敏感度保持不变。在此基础上利用距离平方反比插值方法栅格化气象站资料建立全国范围的气象环境。栅格数据的应用可将因气象参数的不准确而导致的对流层天顶折射量误差减小一个量级,对于提高卫星导航仿真系统的精度具有重要意义。     

融合大气数值模式的高精度对流层天顶延迟计算方法

针对现有对流层天顶延迟模型改正法因水汽参数难以精确获取所导致的时空分辨率与精度上的不足问题,提出了一种融合WRF(weather research and forecasting model)大气数值模式的对流层天顶延迟估计方法。通过分析WRF模式的数值模拟机理及其数据结构特征,采用直接积分与模型改正相结合的混合计算方式,实现了全球任意位置上小时级的对流层天顶延迟估计。验证结果表明,该方法计算的小时级ZTD再分析值精度为13.6mm,日均值精度更是可达9.3mm,比传统模型UNB3m的49.6mm以及目前标称精度最高模型GPT2w的34.6mm,精度分别提高了约5倍和3.5倍。在30h的预报时段内,预报值精度也可达22mm。无论是ZTD再分析值还是预报值比现有模型的估计值精度均有明显提高。     

北京地区对流层延迟模型的建立

针对气象参数具有时空特性导致全球导航卫星系统测量精度不高的问题,该文探讨了北京地区对流层延迟模型建立的方法。使用2012年探空气象数据,基于最小二乘法拟合出北京地区气压、温度、露点温度随高程变化的关系式,建立了3层干延迟折射率模型、2层湿延迟折射率模型及天顶延迟折射率模型(BJ模型);采用Bernese软件,将BJ模型与Saastamoinen模型和Hopfield模型进行精度比较,结果表明BJ模型的残差均值及均方根均优于传统模型;同时,以1月份和7月份的BJ模型为例计算得出的区域模型适用于不同年份。     

Analysis of tropospheric delay prediction models: comparisons with ray-tracing and implications for GPS relative positioning

Ray-tracing is used to examine the accuracy of several well known models for tropospheric delay prediction under varying atmospheric conditions. The models considered include the Hopfield zenith delay model and related mapping functions, the Saastamoinen zenith delay model and mapping function, and three empirical mapping functions based upon the Marini continued fraction form. Modelled delays are benchmarked against ray-tracing solutions for representative atmospheric profiles at various latitudes and seasons. Numerical results are presented in light of the approximations inherent in model formulation. The effect of approximations to the temperature, pressure and humidity structure of the neutral atmosphere are considered; the impact of surface layer anomalies (i.e., inversions) on prediction accuracy is examined; and errors resulting from the neglect of ray bending are illustrated. The influence of surface meteorological parameter measurement error is examined. Finally, model adaptability to local conditions is considered. Recommendations concerning the suitability of the models for GPS relative positioning and their optimal application are made based upon the results presented.     

网络RTK对流层拟合模型分析

为了拟合网络RTK中用户端双差对流层延迟,本文分析了基于距离的线性内插模型(DIM)、线性内插模型(LIM)原理,提出了指数拟合模型:以主参考站为原点,系数项与用户端和辅参考站间夹角成反比,指数底数值为0.35,用户端到主参考站与辅参考站到主参考站间距离比值被1减为指数.通过分析上述模型的误差系数给出了模型优缺点,试验验证了指数模型的有效性和稳定性:卫星拟合精度一般优于2cm,实现了单历元平面定位精度优于2cm,高程精度优于3cm.     

遗传算法优化的GPS对流层延迟内插算法

为了提高对流层延迟的插值精度,文章采用安徽省电力系统10个CORS基站的对流层延迟作为训练数据,8个CORS站的对流层延迟作为测试数据,建立一种基于遗传算法和BP神经网络的区域GPS对流层延迟内插方法(GABP),利用遗传算法优化BP神经网络权值和阈值的模型,该模型只需要输入测站点的经纬度和高程值。数据处理结果表明,在区域GPS对流层延迟预测中GA-BP模型是一种预测精度比较高的方法。     

基于Keras平台的LSTM模型的对流层延迟预测

对流层延迟是影响全球卫星导航系统（GNSS）测量精度的重要因素. 针对现有对流层延迟模型稳定性差,精度较低等问题,在无实测气象参数条件下,提出一种基于Keras平台的长短期记忆神经网络（LSTM）的对流层延迟预测模型. 选取全球均匀分布的8个测站,使用其2016年第90-131年积日共42 天的整点对流层延迟数据预测其第132-136年积日的整点数据. 以国际GNSS服务（IGS）中心提供的对流层产品为真值,分析比较LSTM模型和反向传播（BP）神经网络模型的预测效果. 研究表明,LSTM模型预测结果的均方根误差基本达到mm级,其平均绝对误差和平均绝对百分比误差均比BP模型低,LSTM模型在精度和稳定性上较BP模型均有明显提高;LSTM模型在中高纬区域的均方根误差（RMSE）均值达到7.82 mm,中高纬地区更适合使用该模型.      

A simplified GNSS tropospheric delay model based on the nonlinear hypothesis

GPS Solutions - We have derived a global zenith tropospheric delay simplified model (GZTDS), assuming that the troposphere is a nonlinear system and can be handled as a black box. The GZTDS and its...     

对流层延迟在GAMIT解算短基线的应用分析

以华南沿海地区短基线GNSS-C级网为例,使用GAMIT软件,分别采用对流层延迟估计与对流层延迟不估计的解算策略,选取丘陵地区、海岛地区、平原地区三个区域短基线向量数据作为样例,比较分析两种策略在不同地理环境下的短基线数据解算精度,并结合整个短基线全球卫星导航系统（GNSS）控制网的数据进行解算分析．试验结果显示,对流层延迟估计与对流层延迟不估计的解算策略在三个区域的基线U分量精度均良好,但后者精度优于前者．整网的基线重复性方面,对流层延迟估计与对流层延迟不估计的解算策略精度均良好,但前者精度略优于后者.      

GNSS对流层天顶延迟模型及映射函数研究EI北大核心CSCD

对流层延迟是指电磁波信号穿透中性大气层时速度和路径均发生改变的效应,具有非色散性,无法通过多频组合方式消除;由于水汽具有典型的时空非平稳特征,难以对非流体静力学分量进行精确建模。如何妥善处理对流层延迟,是提高GNSS定位精度的重点和难点问题。     

GPS网络RTK流动站的对流层内插改正分析

介绍网络RTK常规内插模型,分析内插法的精度,从单站上分析高程对天顶距延迟的影响,分析高程差异对双差对流层延迟的影响,利用网络RTK内插法只可消除其中大部分的误差.这对利用网络RTK算法生成流动站的误差改正数具有重要的参考价值.     

基于多项式拟合的移去恢复法求解对流层天顶延迟的研究

本文针对基于区域GPS网内插流动站对流层天顶延迟(ZTD)时存在的问题,提出了基于多项式拟合的移去恢复法.该方法利用对流层天顶延迟与高程之间的强相关性,通过多项式拟合将对流层天顶延迟中与高程相关的信息移去后再进行内插求解.采用SCIGN的GPS数据进行实验,结果表明:基于多项式拟合的移去恢复法的插值精度明显高于传统的反距离加权直接内插法,特别对于高程明显偏离参考站总体高程的流动站具有较好的改进效果.     

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。     

Ray-traced slant factors for mitigating the tropospheric delay at the observation level

Three-dimensional ray tracing through a numerical weather model has been applied to a global precise point positioning (PPP) campaign for modeling both the elevation angle- and azimuth-dependence of the tropospheric delay. Rather than applying the ray-traced slant delays directly, the delay has been parameterized in terms of slant factors, which are applied in a similar manner to traditional mapping functions, but which can account for the azimuthal asymmetry of the delay. Five strategies are considered: (1) Vienna Mapping Functions 1 (VMF1) and estimation of a residual zenith delay parameter; (2) VMF1, estimation of a residual zenith delay and estimation of two tropospheric gradient parameters; (3) three-dimensional ray-traced slant factors and estimation of a residual zenith delay; (4) using only ray-traced slant factors and no estimation of any tropospheric parameters and; (5) using both ray-traced slant factors and estimating a residual zenith delay and two tropospheric gradient parameters. The use of the ray-traced slant factors (solution 3) showed a 3.8% improvement in the repeatability of the up component when compared to the assumption of a symmetric atmosphere (solution 1), while the estimation of two tropospheric gradient parameters gave the best results showing an 7.6% improvement over solution 1 in the up component. Solution 4 performed well in the horizontal domain, allowing for sub-centimeter repeatability but the up component was degraded due to deficiencies in the modeling of the zenith delay, particularly for stations located at equatorial latitudes. The magnitude of the differences in the mean coordinates between solution 2 and solution 3, and the strong correlation with the differences between the north component and the ray-traced gradients (coefficient of correlation of 0.83), as well as the impact of observation geometry on the gradient solution indicate that the use of the ray-traced slant factors could have an implication on the realization of reference frames. The estimated tropospheric products from the PPP solutions were compared to those derived from ray tracing. For the zenith delay, a root mean square (RMS) of 5.4 mm was found, while for the gradient terms, a correlation coefficient of 0.46 for the N–S and 0.42 for the E–W was found for the north–south and east–west components, suggesting that there are still important differences in the gradient parameters which could be due to either errors in the NWM or to non-tropospheric error sources leaking into the PPP-estimated gradients.     

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。     

一种适用于对流层干延迟的新的几何映射函数

本文提出了一种新的对流层干延迟映射函数,此模型形式简洁,精度较高,是完全应用几何方法得出的,模型只与大气的有效高度有关,不包含任何气象因素,适用于动态定位及导航。文中通过实验在不同高度角、不同纬度与目前最常用的CFA2·2和Niell映射函数进行了比较,结果表明,在高度角大于6度时此函数与这两种模型精度相当,得到了非常理想的效果。