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1、·1·地礦測繪 2004,20(2):1～3CN53-1124/TDISSN1007-9394SurveyingandMappingofGeologyandMineralResourcesXGPS測量的對流層誤差12謝世杰,潘寶玉(1.總參測繪局,北京 100088;2.山東省地質(zhì)測繪院,山東濟(jì)南 250011)摘要:論述了對流層時(shí)延的特性及其對GPS定位測量影響的大小。經(jīng)研究認(rèn)為,對流層時(shí)延誤差主要影響高差精度;估算對流層效應(yīng)的有效方法是首先在每點(diǎn)上估算天頂時(shí)延,然后按每個(gè)時(shí)段取平均值或利用隨機(jī)模型按每個(gè)觀測歷元逐一估算;對流層天頂時(shí)延同高度角密切相關(guān);使用WVR能精確測定對流
2、層時(shí)延誤差。關(guān)鍵詞:GPS;對流層;時(shí)延中圖分類號:P22814文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1007-9394(2004)02-0001-03ErroroftheTroposphereonGPSMeasurements12XIEShi2jie,PANBao2yu(1.SurveyingandMappingBureauoftheHeadquartersoftheGeneralStaff,Beijing100088,China;2.ShandongInstituteofSurveyingandMap2pingofGeology,Jinan,Shandong250011,China)Abst
3、ract:TheauthorsintroducethenatureoftropospheredelayeffectonGPSpositioning,viaresearch,theauthorscon2siderthattropospheredelayerroraffectsmainlyheightdifferenceprecision.Theeffectivemethodsevaluatingtroposphereeffectareasfollows:gettingaveragevalueofeachperiodoftimeateachpoint,oreachobservation
4、epochestimatingoneusingonebymeansofrandommodel.Tropospherevertexdelayisosculationinterrelationwithangleofaltitude;TropospheredelayerrorcouldbeaccuratelydeterminedusingWVR.Keywords:GPS;Troposphere;Delay采用載波相關(guān)觀測值的高、中精度的定位測量而言,必須顧及對1 概述流層誤差。對流層誤差是制約點(diǎn)位精度提高的關(guān)鍵,特別是垂從地球表面至9～16km高的大氣層稱為對流層,來自GPS直分量。如果
5、對流層天頂時(shí)延有1cm的誤差,則將導(dǎo)致垂直分衛(wèi)星的信號在穿過電離層后,即穿過平流層和對流層,見圖1。量產(chǎn)生3cm的誤差。平流層和對流層是中性離子,對低于30GHz的無線電信號沒有散射作用,即非散射性。對流層位于大氣層的最底層,氣溫隨高度的減小而增加。地球表面的氣象變化同對流層密切相關(guān)。對流層的高度,在南北極區(qū)約9km,在赤道區(qū)約16km。從對流層向上延伸到50km左右稱為休止層。本文概述對流層對GPS信號傳播的影響,并介紹GPS定位測量中削弱對流層誤差的方法。對流層的非散射對調(diào)制在L1和L2頻率上的載波相位將產(chǎn)生時(shí)延。由于人們不能直接測量此對流層時(shí)延,故只能依靠模型估算。顯然,GP
6、S信號來自天頂方向時(shí),穿過對流層的路線為最短,時(shí)延值約為214m。隨著天頂距的增加,時(shí)延也加大。當(dāng)天頂距為75°時(shí),時(shí)延值約為913m。研究和實(shí)踐證明:利用精確的對流層模型,天頂時(shí)延的預(yù)報(bào)誤差小于20cm。由此可見:對流圖1 大氣層結(jié)構(gòu)層誤差對GPS導(dǎo)航和低精度定位而言,可不予考慮。但是,對于Fig.1AerospherestructureX收稿日期:2004-01-20?1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.·2·地礦測繪第20卷衛(wèi)星信號通過對流層的過程中,不僅速度發(fā)生變化,而且傳2 時(shí)延特性播
7、方向也發(fā)生變化,路徑也呈曲線。在天頂方向,曲線改正為對流層既能改變無線電信號的傳播速度又能改變信號的傳0,高度角小于15°時(shí)約1cm。此項(xiàng)改正不難用公式預(yù)估。播方向。這兩種影響同介質(zhì)的折射率密切相關(guān)。折射率是用真研究表明,GPS信號穿過對流層的時(shí)延是沿整個(gè)傳播路線空中的速度同在介質(zhì)中的傳播速度之比定義的。傳播方向按斯折射率的積分。圖3表明:對流層時(shí)延是GPS衛(wèi)星高度角的函涅耳(Snell)折射定律定義。由于空氣的折射率僅略大于1,故常數(shù)。上曲線是總密度時(shí)延,陰影區(qū)是水
