折射数随高度的变化 400MHz( 1.6GHz GFS技术与应用 某时刻全球电子密度 A CODE GLOBAL ION DSPHERE MAPS FOR DAY 2H3. 205-12: Co VT TEC (TEcU) 2005.10-16 GS技术与应用
6 2005-10-16 GPS技术与应用 11 折射数随高度的变化 2005-10-16 GPS技术与应用 12 某时刻全球电子密度 http://www.aiub.unibe.ch/ionosphere/gim_12ut.jpg
2.对流层的影响与改正 在对流层中,折射率略大于1,随着高度的增加逐渐减 小,当接近对流层顶部时,其值接近于1 对流层的折射影响,在天顶方向(高度角900)可产生 2.3m的电磁波传播路径误差,当高度角为10° 播路 径误差可达20m。在精密定位中,对流层的影响必须顾 对流层的折射率与大气压力、温度和湿 系密切,由于 该层对流作用强,大气压 温度和湿 化复杂,对该 层大气折射率的变化和影响,目前尚难 GFS技术与应用 通常将对流层的大气折射分为干分量和湿分量两 分,N和N分别表示干、湿分量的折射数,则N= :+N,Nd和N与大气的压力、温度和湿度有如下近 似关系 N=77.6 N=3.73×1050 式中P为大气压力(mbar),Tk为绝对温度 (Tk=C+2732),e0为水汽分压(mbar)。沿天顶方 向,对流层大气对电磁波传播路径的影响,可表示为 =8+dS 2005.10-16 GS技术与应用 7
7 2005-10-16 GPS技术与应用 13 2. 对流层的影响与改正 ¾ 在对流层中，折射率略大于1，随着高度的增加逐渐减 小，当接近对流层顶部时，其值接近于1 ¾ 对流层的折射影响，在天顶方向（高度角900）可产生 2.3m的电磁波传播路径误差，当高度角为100时，传播路 径误差可达20m。在精密定位中，对流层的影响必须顾 及。 ¾ 对流层的折射率与大气压力、温度和湿度关系密切，由于 该层对流作用强，大气压力、温度和湿度变化复杂，对该 层大气折射率的变化和影响，目前尚难以模型化。 2005-10-16 GPS技术与应用 14 ¾ 通常将对流层的大气折射分为干分量和湿分量两部 分，Nd和Nw分别表示干、湿分量的折射数，则N0= Nd+Nw。 Nd和Nw与大气的压力、温度和湿度有如下近 似关系 ¾ 式 中 P 为大气压力（ mbar ） ， Tk 为绝对温度 （Tk=0C+273.2）,e0为水汽分压（mbar）。沿天顶方 向，对流层大气对电磁波传播路径的影响，可表示为 2 5 0 3.73 10 77.6 k w k d T e N T P N = × = d w δS = δS +δS
干分量引起的电磁波传播路径距离差主要与地面的大嚼 气压力和温度有关;湿分量引起的电磁波传播路径距 离差主要与传播路径上的大气状况密切相关。 由地球表面向上沿天顶方向的电磁波传播路径为 考虑干、湿分量的折射数,则有 S=S+10°NaH+10-“NdH S为电磁波在真空中的传播路径,H为当Nd趋近于0 时的高程值(约40km),H为当N趋近于0时的高程 值(约10km) GFS技术与应用 A 于是沿天顶方向电磁波传播路径的距离差为 ds=s-s=ds, +as ds,=10-N,dH Ndh 2005.10-16 GS技术与应用 8
8 2005-10-16 GPS技术与应用 15 ¾ 干分量引起的电磁波传播路径距离差主要与地面的大 气压力和温度有关；湿分量引起的电磁波传播路径距 离差主要与传播路径上的大气状况密切相关。 ¾ 由地球表面向上沿天顶方向的电磁波传播路径为 ¾ 考虑干、湿分量的折射数，则有 ¾ S0为电磁波在真空中的传播路径，Hd为当Nd趋近于0 时的高程值（约40km）， Hw为当Nw趋近于0时的高程 值（约10km）. ∫ ∫ − = = + H H S ndH S N dH 6 0 0 10 ∫ ∫ − − = + + d Hw w H S S Nd dH N dH 6 6 0 10 10 2005-10-16 GPS技术与应用 16 于是沿天顶方向电磁波传播路径的距离差为 S N dH S N dH S S S S S w d H w w H d d d w ∫ ∫ − − = = = − = + 6 6 0 10 10 δ δ δ δ δ
在卫星大地测量中,不可能沿电磁波传播路线直接测定对流 的折射数,一般可以根据地面的气象数据来描述折射数与高程 的关系。 根据理论分析,折射数的干分量与高程H的关系为 H-H N=N H Na为按前(A)式计算的地面大气折射数的干分量,对于参数 Ha,H. Hopfield通过分析全球高空气象探测资料,推荐了如下 经验公式 H=40136+148.72(7k-273.16 GFS技术与应用 A 由于大气湿度随地理纬度、季节和大气状况而变化 尚难以建立折射数湿分量的理论模型,一般采用与干 分量相似的表示方法 N=N H 式中N为按(A)式计算的地面大气折射数的湿分 量,高程的平均值取为H=11000m 2005.10-16 GS技术与应用 9
9 2005-10-16 GPS技术与应用 17 ¾ 在卫星大地测量中，不可能沿电磁波传播路线直接测定对流层 的折射数，一般可以根据地面的气象数据来描述折射数与高程 的关系。 ¾ 根据理论分析，折射数的干分量与高程H的关系为 ¾ Nd0为按前（A）式计算的地面大气折射数的干分量，对于参数 Hd，H. Hopfield通过分析全球高空气象探测资料，推荐了如下 经验公式 4 0 ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = d d d d H H H N N = 40136 +148.72( − 273.16) Hd Tk 2005-10-16 GPS技术与应用 18 ¾ 由于大气湿度随地理纬度、季节和大气状况而变化， 尚难以建立折射数湿分量的理论模型，一般采用与干 分量相似的表示方法 ¾ 式中Nw0为按（A）式计算的地面大气折射数的湿分 量，高程的平均值取为Hw=11000m 4 0 ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = w w w w H H H N N
积分可得沿天顶方向对流层对电磁波传播路径影响的近 关系 H S=1.552×10- 4810e OH 数查径游2mg类 顶方向距离总 差的90%,湿分量的影响远较干分量影 响小。 实际观测时,观测站接收的卫星信号往往不是来自天 顶,此时在考虑对流层影响时必须顾及电磁波传播方向 的高度角 GFS技术与应用 A 假设GPS卫星相对观测站的高度角为h。,可得 dp =asd/sinh 实践表明,上式中含有较大的模型误差,当h。大于100 时,改正量的估算误差可达0.5m。许多学者先后推荐 了改正模型 =a4/sin(h2+6.25)2 n=a/sin(b2+625)2 a=1.552×10-[40136+14872(7-27316)-H1] aS.=746512×1072(11000-Hr) 2005.10-16 GS技术与应用 10
10 2005-10-16 GPS技术与应用 19 ¾ 积分可得沿天顶方向对流层对电磁波传播路径影响的近 似关系： ¾ 数字分析表明，在大气的正常状态下，沿天顶方向，折 射数干分量对电磁波传播路径的影响约为2.3m，约占天 顶方向距离总误差的90%，湿分量的影响远较干分量影 响小。 ¾ 实际观测时，观测站接收的卫星信号往往不是来自天 顶，此时在考虑对流层影响时必须顾及电磁波传播方向 的高度角。 w k w d k d H T e S H T P S 2 5 0 5 4810 1.552 10 1.552 10 − − = × = × δ δ 2005-10-16 GPS技术与应用 20 ¾ 假设GPS卫星相对观测站的高度角为hs，可得 ¾ 实践表明，上式中含有较大的模型误差，当hs大于100 时，改正量的估算误差可达0.5m。许多学者先后推荐 了改正模型： w w s d d s S S /sinh /sinh δρ δ δρ δ = = [ ] 7.46512 10 (11000 ) 1.552 10 40136 148.72( 273.16) /sin( 6.25) /sin( 6.25) 2 2 0 5 2 1 2 2 1 2 T k w k T k d w w s d d s H T e S T H T P S S h S h = × − = × + − − = + = + − − δ δ δρ δ δρ δ