卫星导航系统-第11讲-卫星导航定位误差-2

平流层

中间层

电离层

散逸层

大气层温度

大气层电子密度

大气层对信号传播的影响

大气折射

信号在穿过大气层时，速度将发生变化，传播路径也将发生弯曲，也称大气延迟，在GPS测量定位中，通常仅考虑信号传播速度的变化。

色散介质与非色散介质

色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应不同；

非色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应相同；

对卫星导航信号来说，电离层是色散介质，对流层是非色散介质；

对于色散介质这块儿，由于不同频率的色散情况不一样，那么可以用多种频率来传播导航信息，这样的话，就有可能采用一些技术把这些延时消除掉；

电离层对信号传播的影响

电子密度：单位体积中所包含的电子数。

电子总量（TEC-Total Electron Content）:底面积为一个单位面积时沿信号传播路径贯穿整个电离层的一个柱体内所含的电子总数。

与太阳活动密切相关，太阳活动剧烈时，电子含量增加。

太阳活动周期约为11年。

电离层延迟改正方法

双频改正

方法：利用双频观测值直接计算出延迟改正或组成无电离层延迟的组合观测量

效果：改正效果最好

经验模型改正

方法：根据以往观测结果所建立的模型

改正效果：较差

实测模型改正

方法：利用实际观测所得到的离散的电离层延迟（或电子含量），建立模型（如内插）

效果：改正效果较好

电离层延迟改正方法-双频观测

含有高密度电子，电磁波传播速度与其频率有关。大气物理学给出的电离层群折射率的计算公式为：

经验模型

Bent模型

国际参考电离层模型

Klobuchar模型（应用比较多）

实测模型

基本思想：

利用基准站的双频观测数据计算电离层延迟
利用所得到的电离层延迟量建立局部或全球的TEC实测模型
类型
局部模型
适用于局部区域
全球模型
适用于全球区域

对流层延迟

来自卫星的信号在穿过电离层后，经平流层到达对流层，其中的粒子多数是中性离子，对频率低于30GHz的无线电信号没有散射作用。对流层的折射与地面气候、大气压力、温度和湿度变化密切相关，这也使得对流层折射比电离层折射更复杂。
卫星信号在通过对流层的过程中，不仅速度发生变化，而且传播方向也发生变化，传播路径呈曲线。
对流层折射的影响与信号的高度角有关，观测卫星的高度角越小，则信号需经由较长的路线才能穿过对流层，因而对流层对信号传播的影响越大，在天顶方向的影响约2.3m，在地面方向的影响可达20m。所以在应用卫星导航时，通常避免观测高度角低于15°的卫星，以减弱对流层的影响。

对流层的色散效应

对流层改正模型

Hopfield模型
Black模型（ Hopfield模型的修正形式）
Saastamoinen模型

干温、湿温、气压
干温、相对湿度、气压
普通仪器：通风干湿温度表、空盒气压计
自动化的电子仪器

不同模型所算出的高度角30以上方向的延迟差异不大。

减弱对流层折射影响的主要措施

（1）采用上述对流层模型加以改正，其气象参数在测站直接测定；
（2）引入描述对流层折射影响的附加待估参数，在数据处理中一并求得；
（3）利用同步观测量求差；
（4）利用水汽辐射计直接测定信号传播的影响。此法求得的对流层折射湿分量的精度可优于l cm 。

对流层模型的误差分析

模型误差
模型本身的误差
气象元素误差
量测误差
仪器误差
读数误差
测站气象元素的代表性误差
实际大气状态与大气模型间的差异

模型改正的特点

只能部分削弱对流层误差的影响。
理论上，对流层延时与卫星高度角密切相关。卫星高度角越大，对流层延迟的影响越小。
对流层延迟误差主要影响高程精度。在同一测点，基线较短、同一高度角的条件下，若测点间的高程相差较小，则对流层延迟差异通常小于1cm。两点之间高程差越大，对流层的误差越大。目前，作为高程分量误差的主要来源，当基线长为30km时，对流层效应引起的高程差约为3~8cm。

多路径效应反射波的几何特性