基于GNSS的大氣建模與精度分析.pdf

1、電離層和對流層是地球大氣中的重要組成部分，它與人類的生產(chǎn)生活密不可分。早在19世紀(jì)初，人類就開展了針對有關(guān)電離層和對流層的研究和探索。近年來，隨著GNSS技術(shù)的興起，使許多學(xué)科技術(shù)的研究與應(yīng)用同大氣對無線電波傳播的影響密切相關(guān)。本文基于GNSS實(shí)測數(shù)據(jù)，對大氣中的電離層和對流層展開研究。
　　在電離層研究方面，本文針對電離層層析(Computerized Tomography。CT)成像技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在的一些不足，提出一種新的

2、電離層層析反演算法,并通過模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算證實(shí)了該算法的可行性；在對流層研究方面，利用IGS（International GPS Service）數(shù)據(jù)中心提供的大量GNSS實(shí)測數(shù)據(jù)，分析了現(xiàn)有的典型天頂對流層延遲（Zenith Tropospheric Delay，ZTD）模型的精度及適用性，并在此基礎(chǔ)上，針對一些典型ZTD模型存在的缺陷，提出了一種新的ZTD預(yù)報(bào)模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析驗(yàn)證了該算法的可行性。
　　具體的研究工作和

3、成果如下：
　　1)自適應(yīng)聯(lián)合迭代重構(gòu)算法是電離層層析成像中一種收斂速度較快的反演算法。但在電離層電子密度重構(gòu)過程中，該方法對迭代初值的精度要求較高。為解決以上問題，本文提出了一種附加約束的自適應(yīng)聯(lián)合迭代重構(gòu)算法，該方法通過分析相鄰像素間的電離層電子密度變化關(guān)系，同時(shí)構(gòu)造合理的平滑約束矩陣，減弱了沒有GNSS射線穿過的格網(wǎng)對迭代初值精度的依賴性，有效地提高了反演結(jié)果精度。數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)測數(shù)據(jù)的反演結(jié)果證實(shí)了該算法的可行性和在重構(gòu)

4、精度上的優(yōu)越性。
　　2)本文利用全球36個(gè)IGS站2014年全年的ZTD數(shù)據(jù)和實(shí)測氣象數(shù)據(jù)，分析了現(xiàn)有的典型ZTD模型的精度和適用性。其中，選取Hopfield模型、改進(jìn)的Hopfield模型、Saastamoinen模型作為有實(shí)測氣象參數(shù)的ZTD代表模型；選取SHAO模型作為無需實(shí)測氣象參數(shù)的ZTD代表模型。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明：在有實(shí)測氣象參數(shù)時(shí)，以上四種ZTD模型的改正精度達(dá)到了厘米量級；但在無實(shí)測氣象參數(shù)環(huán)境下，除SHAO模

5、型外，其余三種ZTD模型的精度較差，不宜用于對流層延遲改正，且Hopfield模型受高海拔環(huán)境影響較重，不宜當(dāng)作較高測站環(huán)境下的ZTD預(yù)報(bào)模型。
　　3)針對上述幾種ZTD模型存在的缺陷，本文基于GNSS實(shí)測ZTD序列，提出一種無需實(shí)測氣象參數(shù)的對流層延遲建模與預(yù)報(bào)方法。首先利用頻譜分析，得到ZTD時(shí)間序列周期特性，并在此基礎(chǔ)上對ZTD進(jìn)行建模，給出模型參數(shù)計(jì)算方法。其次，基于頻譜分析模型擬合ZTD，并與IGS站提供的ZTD值進(jìn)行