对流层延迟及其对GPS/GNSS定位的影响

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大气模型图如下:
对流层折射延迟是GPS定位的主要误差源之一,其对电磁波信号产生的影响是非色散的折射,即折射率与电磁波的频率或波长无关,只与传播速度有关。由于对流层折射的影响,在天顶方向可使电磁波的传播路径差达到2.3m;当卫星高度角为20°时可达13m[1]。因此这种影响在GPS定位中必须予以消除或削弱。
电磁波在对流层传播速度延迟计算方法一般可采用天顶延迟值与沿卫星高度角的投影函数两部分的乘积求得,即:
ΔL(el)=ΔLzMF(el)
对流层(Troposphere)的组成:
对流层延迟
对流层的色散效应
1.折射率和波长的关系
2对流层对不同波长的波的折射效应
对于GPS卫星所发送的电磁波信号,对流层不具有色散效应。
大气折射率N与气象元素的关系
大气折射率N与温度、气压和湿度的关系
smith和weintranb
N=Nd +Nw=77.6P/T +77.6*4810e/T2
.其中Nd称为干气分量;Nw称为湿气分量 ;P为大气压,单位兆帕;
T为气温,为绝对温度,单位K;e为水气压,单位兆帕;
对流层延迟与大气折射率N:
大气折射模型,常见的有以下几种:
霍普菲尔德(Hopfield)改正模型;
萨斯塔莫宁(Saastamoinen)改正模型;
勃兰克(Black)该正模型;
以上几种改正模型主要异同:
不同模型所算出的高度角30以上方向的延迟差异不大;
Black模型可以看作是Hopfield模型的修正形式;
Saastamoinen模型与Hopfield模型得差异要大于Black模型与Hopfield模型得差异。
而模型对应的投影函数对精度也有较大影响。其精度取决与母模型的精度和实地观测资料的情况。常见的有Marini&Murray (下文简称MARI)、Char、CFA2、CRA2.2、Niell和GMF等5种常用的高精度投影函数。