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1、会计学 1武汉大学 GPS 原理(yunl)与应用第一页，共28 页。第三章 GPS 定位(dngwi)中的误差源3.4 卫星星历误差(wch)3.5 电离层延迟第1 页/共28 页第二页，共28 页。3.4 卫星星历(xn l)误差第2 页/共28 页第三页，共28 页。3.4 卫星星历(xn l)（轨道）误差n n 定义n n 由卫星星历给出的卫星在空间的位置(wi zhi)与卫星的实际位置(wi zhi)之差称为卫星星历误差。广播星历（预报星历）的精度(jn d)(无SA)20 30 米(有SA)100 米 精密星历（后处理星历）的精度(jn d)可达1 厘米 应对方法 精密定轨(后处理
2、)相对定位或差分定位GPS 测量定位的误差源 卫星星历（轨道）误差第3 页/共28 页第四页，共28 页。n n 星历误差对单点定位的影响n n 星历误差对单点定位的影响主要取决于卫星到接收机的距离(jl)以及用于定位或导航的GPS 卫星与接收机构成的几何图形n n 星历误差对相对定位的影响GPS 测量定位(dngwi)的误差源 卫星星历（轨道）误差第4 页/共28 页第五页，共28 页。3.5 电离层延迟(ynch)第5 页/共28 页第六页，共28 页。3.5 电离层延迟(ynch)GPS 测量定位的误差(wch)源 电离层延迟第6 页/共28 页第七页，共28 页。地球(dqi)大气结构
3、地球(dqi)大气层的结构GPS 测量定位的误差(wch)源 电离层延迟 地球大气结构第7 页/共28 页第八页，共28 页。大气(dq)折射效应n n 大气折射 大气折射n n 信号在穿过大气时，速度将发生变化，传播 信号在穿过大气时，速度将发生变化，传播(chunb)(chunb)路径也将发生弯曲。也 路径也将发生弯曲。也称大气延迟。在 称大气延迟。在GPS GPS 测量定位中，通常仅考虑信号传播 测量定位中，通常仅考虑信号传播(chunb)(chunb)速度的变化。速度的变化。n n 色散介质与非色散介质 色散介质与非色散介质n n 色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应也不同 色
4、散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应也不同n n 非色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应相同 非色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应相同n n 对 对GPS GPS 信号来说，电离层是色散介质，对流层是非色散介质 信号来说，电离层是色散介质，对流层是非色散介质GPS 测量(cling)定位的误差源 电离层延迟 大气折射效应第8 页/共28 页第九页，共28 页。相速与群速 n n 相速n n 群速n n 相速与群速的关系(gun x)n n 相折射率与群折射率的关系(gun x)GPS 测量定位(dngwi)的误差源 电离层延迟 相速与群速第9 页/共28 页第十页，共2
5、8 页。相速与群速 GPS 测量定位(dngwi)的误差源 电离层延迟 相速与群速第10 页/共28 页第十一页，共28 页。电离层折射(zhsh)GPS 测量定位的误差源 电离层延迟(ynch)电离层折射第11 页/共28 页第十二页，共28 页。电离层折射(zhsh)GPS 测量定位(dngwi)的误差源 电离层延迟 电离层折射第12 页/共28 页第十三页，共28 页。电子(dinz)密度与总电子(dinz)含量n n 电子密度与总电子含量n n 电子密度：单位体积(tj)中所包含的电子数。n n 总电子含量（TEC Total Electron Content）：底面积为一个单位面积时
6、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。GPS 测量定位的误差源 电离层延迟 电子(dinz)密度与总电子(dinz)含量第13 页/共28 页第十四页，共28 页。电子密度与大气高度(god)的关系GPS 测量定位(dngwi)的误差源 电离层延迟 电子密度与大气高度的关系第14 页/共28 页第十五页，共28 页。电子含量(hnling)与地方时的关系GPS 测量定位的误差源 电离层延迟 电子(dinz)含量与地方时的关系第15 页/共28 页第十六页，共28 页。电子(dinz)含量与太阳活动情况的关系n n 与太阳活动密切相关，太阳活动剧烈(jli)时，电子含量增加n
7、n 太阳活动周期约为11 年1700 年 1995 年太阳黑子(tiynghiz)数GPS 测量定位的误差源 电离层延迟 电子含量与太阳活动情况的关系第16 页/共28 页第十七页，共28 页。电子含量与地理位置(d l wi zh)的关系2002.5.15 1:00 23:00 2 小时间隔(jin g)全球TEC分布GPS 测量(cling)定位的误差源 电离层延迟 电子含量与地理位置的关系第17 页/共28 页第十八页，共28 页。常用(chn yn)电离层延迟改正方法分类n n 经验模型改正 经验模型改正n n 方法：根据以往观测结果所建立的模型 方法：根据以往观测结果所建立的模型n
8、n 改正效果：差 改正效果：差n n 双频改正 双频改正n n 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 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 观测量n n 效果：改正效果最好 效果：改正效果最好(zu h(zu h o)o)n n 实测模型改正 实测模型改正n n 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 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）模型（如内插）n n 效果：改正效果较好 效果：改正效果较好GPS 测量定位的误差源 电离层延迟(ynch)常用电离层延迟(ynch)改正
9、方法分类第18 页/共28 页第十九页，共28 页。电离层改正的经验模型(mxng)简介 n n Bent Bent 模型 模型n n 由美国的 由美国的R.B.Bent R.B.Bent 提出 提出n n 描述电子密度 描述电子密度n n 是经纬度、时间、季节和太阳辐射流量的函数 是经纬度、时间、季节和太阳辐射流量的函数n n 国际参考 国际参考(cnk(cnk o)o)电离层模型（电离层模型（IRI International Reference IRI International Reference Ionosphere Ionosphere）n n 由国际无线电科学联盟（由国际无线电科
10、学联盟（URSI International Union of Radio Science URSI International Union of Radio Science）和空间研究委员会（和空间研究委员会（COSPAR-Committee on Space Research COSPAR-Committee on Space Research）提出）提出n n 描述高度为 描述高度为50km-2000km 50km-2000km 的区间内电子密度、电子温度、电离层温度、的区间内电子密度、电子温度、电离层温度、电离层的成分等 电离层的成分等n n 以地点、时间、日期等为参数 以地点、时间、
11、日期等为参数GPS 测量定位的误差源 电离层延迟 电离层改正的经验模型(mxng)简介第19 页/共28 页第二十页，共28 页。电离层改正的经验(jngyn)模型简介 n n Klobuchar 模型n n 由美国的J.A.Klobuchar 提出n n 描述电离层的时延n n 广泛(gungfn)地用于GPS 导航定位中n n GPS 卫星的导航电文中播发其模型参数供用户使用GPS 测量定位的误差(wch)源 电离层延迟 电离层改正的经验模型简介第20 页/共28 页第二十一页，共28 页。Klobuchar 模型(mxng)n n 中心(zhngxn)电离层中心(zhngxn)电离层电离
12、层地球约 350km中心电离层电离层穿刺点 IP天顶方向ZGPS 测量定位的误差源 电离层延迟 Klobuchar 模型第21 页/共28 页第二十二页，共28 页。Klobuchar 模型(mxng)n n 模型(mxng)算法电离层地球约 350km中心电离层电离层穿刺点 IP天顶方向ZGPS 测量(cling)定位的误差源 电离层延迟 Klobuchar 模型第22 页/共28 页第二十三页，共28 页。Klobuchar 模型(mxng)n n 模型 模型(mxng)(mxng)算法（续）算法（续）n n 改正效果：可改正 改正效果：可改正60 60 左右 左右GPS 测量定位的误差(
13、wch)源 电离层延迟 Klobuchar 模型第23 页/共28 页第二十四页，共28 页。电离层延迟(ynch)的双频改正GPS 测量定位的误差源 电离层延迟(ynch)电离层延迟(ynch)的双频改正第24 页/共28 页第二十五页，共28 页。电离层延迟的实测(sh c)模型改正 n n 基本思想n n 利用基准站的双频观测数据计算电离层延迟n n 利用所得到的电离层延迟量建立局部或全球(qunqi)的的TEC 实测模型n n 类型n n 局部模型n n 适用于局部区域n n 全球(qunqi)模型n n 适用于全球(qunqi)区域GPS 测量定位的误差(wch)源 电离层延迟 电离
14、层延迟的实测模型改正第25 页/共28 页第二十六页，共28 页。电离层延迟的实测(sh c)模型改正 n n 局部（区域性）的实测模型改正n n 方法(fngf)n n 适用范围：局部地区的电离层延迟改正GPS 测量定位的误差源 电离层延迟 电离层延迟的实测模型(mxng)改正第26 页/共28 页第二十七页，共28 页。电离层延迟的实测模型(mxng)改正 n n 全球（大范围 全球（大范围(fnwi)(fnwi)）的实测模型改正）的实测模型改正n n 方法 方法n n 适用范围 适用范围(fnwi)(fnwi)：用于大范围：用于大范围(fnwi)(fnwi)和全球的电 和全球的电离层延迟改正 离层延迟改正n n 格网化的电离层延迟改正模型 格网化的电离层延迟改正模型GPS 测量定位的误差源 电离层延迟 电离层延迟的实测(sh c)模型改正第27 页/共28 页第二十八页，共28 页。