電離層、對(duì)流層改正模型對(duì)基線解算的影響

電離層延遲
電離層是近地空間環(huán)境的一個(gè)重要組成部分，處于離地面以上約60km到1000km之間的大氣層，它是由太陽高能電磁輻射、宇宙線和高能粒子作用于中性高層大氣使之電離而產(chǎn)生的，是由電子、正離子和中性分子及原子構(gòu)成的等離子體區(qū)域
由于電離層中存在自由電子，故GPS信號(hào)穿越這一區(qū)域時(shí)，并非用真空中的光速行進(jìn)，而是形成調(diào)制信號(hào)包絡(luò)的傳播時(shí)延，這時(shí)延量的數(shù)值與傳播路徑上的總電子含量成正比，與載波頻率平方成反比 。
電離層誤差正是由于電離層對(duì)GPS信號(hào)的各種影響導(dǎo)致其在傳播過程中產(chǎn)生時(shí)延，主要體現(xiàn)為定位精度的降低和定位方向的限制。電離層誤差是GPS測(cè)量中的主要誤差源，隨著時(shí)間和地點(diǎn)的不同發(fā)生變化，定位誤差范圍從幾米到百米以上。（基本概念引用百）
目前，消除電離層延遲的方法主要有：
a)根據(jù)全球各電離層觀測(cè)站長(zhǎng)期積累的觀測(cè)資料建立全球性的經(jīng)驗(yàn)公式，用戶可利用這些模型來計(jì)算任意時(shí)刻任一地點(diǎn)的電離層參數(shù)，較為有名的模型有本特（Bent）模型、國(guó)際參考電離層（International Reference Ionosphere）模型、GPS廣播星歷所采用的克羅布歇模型基本上也屬于此類模型。（“模型改正法**”）
利用GNSS雙頻觀測(cè)值所建立的實(shí)測(cè)模型。較有名的全球模型有IGS所提供的電離層格網(wǎng)模型和CODE數(shù)據(jù)處理中心提供的球諧函數(shù)表示的模型。此外，各地區(qū)也可以利用本地區(qū)的雙頻觀測(cè)資料建立局部的模型。
b) 利用同步觀測(cè)值求差,這種方法對(duì)于短基線的效果尤為明顯。
c) 使用雙頻GNSS觀測(cè)值來消除電離層延遲。（ “雙頻改正法”：GPS衛(wèi)星之所以要用兩種不同的頻率來發(fā)送信號(hào)，其主要目的在于此。三頻接收機(jī)能更好的消除電離層延遲）（手敲）
對(duì)流層延遲
在GNSS領(lǐng)域，對(duì)流層延遲是定位誤差來源之一。衛(wèi)星導(dǎo)航定位中的對(duì)流層延遲通常是泛指電磁波信號(hào)在通過高度為50km以下的未被電離的中性大氣層時(shí)所產(chǎn)生的信號(hào)延遲。在這種介質(zhì)中，與L1和L2上GPS載波和信號(hào)信息（PRN碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)）相關(guān)聯(lián)的相速和群速，相當(dāng)于自由空間傳播被同等地延遲了。這種延遲隨對(duì)流層折射率而變，其折射率取決于當(dāng)?shù)氐臏囟取毫拖鄬?duì)濕度。如果不補(bǔ)償，這種延遲的等效距離可從衛(wèi)星在天頂和用戶在海平面上的2.4m左右到衛(wèi)星在約5°仰角上的25m左右。（基本概念引用百）
目前，消除對(duì)流層延遲的方法主要有：
(1)采用對(duì)流層模型加以改正,其氣象參數(shù)在測(cè)站直接測(cè)定。常用的對(duì)流層改正模型有：霍普菲爾德（Hopfield）模型、薩斯塔莫寧（Saastamoinen）模型、勃蘭克（Black）模型。
i. 在一般情況下，在天頂方向不同模型差異僅為幾毫米。
ii. 在衛(wèi)星高度角E<30度，不同模型間的差異變得較為明顯，E=15度時(shí)，不同模型所求得的信號(hào)傳播路徑上的對(duì)流層延遲間的互差也只有幾厘米。
iii. 在高山地區(qū)（拉薩）用不同模型求得的天頂方向?qū)α鲗友舆t可能相差數(shù)十厘米。建議采用薩斯塔莫寧（Saastamoinen）模型。（手敲）
(2)利用同步觀測(cè)量求差。
基線解算實(shí)戰(zhàn)對(duì)比分析
使用天寶net r9在三個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)靜態(tài)觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)為4天，天線安裝在房頂強(qiáng)制對(duì)中抱桿上，10°觀測(cè)角度內(nèi)無遮擋。（觀測(cè)環(huán)境較好，符合靜態(tài)測(cè)量的條件，這里不再做過多環(huán)境靜態(tài)測(cè)量測(cè)量環(huán)境堪選方面的贅述）。
分別使用科研精密解算軟件gamit，商用軟件華測(cè)CGO軟件對(duì)同一組靜態(tài)數(shù)據(jù)（RINEX格式）進(jìn)行基線解算（目前市場(chǎng)上商用軟件，作者只發(fā)現(xiàn)華測(cè)的軟件可以進(jìn)行電離層、對(duì)流層改正模型的選擇和禁用，其它商用軟件“萊卡LGO”、“天寶TBC/TGO”、“南方”、“中海達(dá)”的基線解算軟件均不能根據(jù)用戶的需求來選擇改正模型和禁用改正模型）

上表格為基線解算的對(duì)比分析，三條基線觀測(cè)距離最長(zhǎng)為16.3KM，最短為9.8KM，屬于中長(zhǎng)基線，（根據(jù)“全球定位系統(tǒng)接收機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范”規(guī)定中長(zhǎng)基線觀測(cè)時(shí)間為大于2.5小時(shí)，本次觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)完全滿足規(guī)范要求）

本次電離層、對(duì)流層的改正模型使用的分別為Hopfiled和Klobuchar模型，從實(shí)際解算的數(shù)據(jù)對(duì)比分析可知：使用了電離層、對(duì)流層的改正模型計(jì)算出來的基線長(zhǎng)度與gamit解算出來的數(shù)值更接近，差值基本在毫米級(jí)，靜態(tài)相對(duì)定位的解算精度較高。不使用改正模型計(jì)算出來的基線長(zhǎng)與gamit對(duì)比，差值在厘米級(jí)。其它商用軟件，均不具備自己手動(dòng)選擇改正模型的功能，華測(cè)CGO可選擇的對(duì)流層改正模型如下：

在拉薩高山等區(qū)域建議使用薩斯塔莫寧（Saastamoinen）模型。
其它商用軟件中，天寶TBC軟件為基線解算的較好軟件，各家軟件在中長(zhǎng)距離的解算精度均能滿足C級(jí)以下靜態(tài)觀測(cè)的要求。在A、B級(jí)網(wǎng)中，要求使用科研軟件gamit進(jìn)行解算。在之前的測(cè)試中，使用天寶的接收機(jī)靜態(tài)觀測(cè)24h， TBC軟件進(jìn)行全國(guó)CORS網(wǎng)坐標(biāo)基線解算、閉合環(huán)、無約束平差、約束平差，2000KM處計(jì)算出來的坐標(biāo)與真值平面坐標(biāo)相差在5cm以內(nèi)。使用國(guó)產(chǎn)接收機(jī)靜態(tài)觀測(cè)24h，解算2000KM處的坐標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算出來的平面差值為10cm以內(nèi)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的电离层、对流层改正模型对基线解算的影响的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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