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单基站GNSS探测对流层折射率剖面技术研究

左文炜  
【摘要】:大气折射率随高度变化的剖面分布包括三维分布是评估大气折射率效应的基础条件数据,同时它们也是大气科学研究和气象业务研究的基础数据,因此对大气折射率的剖面研究在导航、定位以及大气科学方面都具有一定意义。在导航定位方面,可以为卫星导航定位解算提供精确的对流层延迟改正模型从而提高定位解算精度。在大气气象科学方面,有助于实现实时或者近实时的对流层大气折射指数变化。大气观测数据的探测手段,除了最广泛使用的建立在地球表面上进行常规地表气象观测的地面气象站以外,还包括很多遥感技术,例如利用无线电探空气球、气象卫星、微波雷达等等。这些探测技术都有着各自的优点,但是也都存在一定的缺陷,在观测精度、时空分辨率、观测条件等方面无法同时满足现在的需求。随着卫星技术的飞速发展,GNSS气象学的研究逐渐发展起来,和传统的探测手段相比较,地基GNSS大气探测手段具有全天候、实时探测以及全天候观测等优点。而单站地基GNSS反演探测手段,在进行大气折射率探测的过程中不需要大量历史数据作为支撑,这有助于实现大气折射率的实时探测。因此,本文通过对单站地基GNSS探测大气折射率剖面的技术进行理论系统的学习和研究,主要研究内容及工作如下:1、学习了地基GNSS探测反演大气气象参数的过程和方法,包括地基GNSS气象学反演方程、对流程延迟估计模型、单站地基GNSS估计对流层延迟等。2、对单站地基GNSS反演大气折射率技术进行了研究,其反演过程是先通过精密单点定位技术解算得到对应地面测站的相关基础信息,包括测站位置、地面测站的基础大气参数以及对流层延迟数据。接着利用单站地基GNSS反演大气折射率技术实现了大气折射率参数反演算法,得到大气折射率剖面。3、对单站地基GNSS反演大气折射率剖面的方法进行了实验验证,并将该实验结果和气象探空数据进行分析对比,验证了算法的有效性。实验结果表明,利用单站地基GNSS探测大气折射率剖面时,大气折射率干项的反演精度可以达到1.3N左右,而湿项的反演精度在8到10N,所以需要进一步优化处理。4、对单站地基GNSS反演大气折射率剖面的优化方法进行了研究。大气折射率干项的反演方程以对流层层顶为分界,通过建立分段模型,优化后的大气折射率干项的反演结果精度提高至1N以内。大气折射率湿项的反演方程以大气水汽密集层层顶和大气水汽层层顶为分界,通过建立分段模型,优化后的大气折射率湿项的反演结果精度提高了 1N左右。


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