对流层几种改正模型分析及在LGO和Pinnacle中的应用

ｌ
（ Ｐ ＋
上 上
（） ２
Ｐ ）×
对 流层 误差 的影 响仍 然存 在 ， 特别是 对 于低高度 角
的卫 星 ， 在一 次差分 计算 时包 含 的对 流层 误差 在二 次差分 也没 有被完 全消 除 。因而 ， 必要 在一 次差 有
式 中 ： ，一 Ｅ＋ Ａ Ｅ Ｅ，Ａ 一 Ｅ
分 能消去 大部 分对 流 层 延 迟误 差 。对 于 同一个 历
元 ， 元 间一 次差分 ， 历 由于 ＧＰ Ｓ接 收 机 采 样 问 隔 较
Ｆ ｏ ｍｅ 型 ； ） 对 流 层 模 型 ； ） 算 模 型 ； ｉ— ｒｏ 模 ５无 ６计 Ｐ ｎ ｎ ｃ 提 供 的对流 层 改 正模 型有 以下 五 种 ： ） 模 ａｌ ｅ １无 型 ； ） ａ － ｏ ｄ ｎ模 型 ； ） ｅｌ 型 （ ９ ６ ； ２ Ｇｏ ｄＧ ｏ ｍａ ３ Ｎｉ 模 ｌ １９ ） ４ Ｎ ｅ１ 型 （ ０ ５ ； ） ） ｉ［模 ２ ０ ） ５ ＵＮＢ ｂ ｃ 型 （ ０ ３ 。其 ａａ 模 ２０ ）
模 型 有 以 下 六 种 ： ）Ｈｏ ｆ ｌ １ ｐｉ ｄ模 型 ； ） 化 的 ｅ ２ 简
Ｈｏ ｆ ｌ ｐｉ ｄ模 型 ； ） ａｓａ ｉｅ ｅ ３ Ｓ ａｔｍｏｎ ｎ模 型 ； ） ｓｅ ４ Ｅ ｓｎ和
ｋ 范 围内 居 多 ） 可 认 为 卫 星信 号 传 到 不 同测 站 ｍ ， 的传播路 径上 的大气 条件基 本相 同 ， 站际一 次差 故
的干延迟 和 湿分 量 引起 的湿 延 迟 。干 分量 占总 延
同的卫星 之间求 差 ） 测 站 上 空 的气 象 条 件 和 电子 ，
密度 相似 ， 但不 同卫 星之 间相 隔较 远 ， 流层 折 射 对 的影 响 因为不 同卫 星 到测 站 的 高度 角 和 方 位 角不 同， 一次差 分 时只 能抵 消 一 部分 ， 际一 次 差分 观 星 测方 程 中仍 然 带有 对 流 层延 迟 误 差 。对 于 同一 颗
迟 ９ 左 右 ， 过 流体 静 力 学 建 模 可 比较 精 确 的 Ｏ 通
预测 ， 而湿延 迟是 由水 汽 引起 的 ， 由于 在 大气 中分
布 的不 确定 性而 只能通 过非流 体静 力学来 建模 ， 所
以较难 预测 。几 种 经典 而 常 用 的对 流 层 改 正模 型
卫 星 ， 际一 次差分 （ 站 在不 同测 站 之 间求 差 ） 一般 ，
ＲＨ × Ｐ一 ２６－．１１ Ｔ－ ． 。 。 ‘。 ４５０２３６ ｓ ０。 。 － ６ 。
△ 为对 流层 延 迟 ； ｓ 为 干延 迟 ； ｓ ｓ Ａ ｄ Ａ 为 湿 延
迟 ， 以 Ｉ 为 单 位 ； 为测 站 大 地 高 ； 为 水 气 均 ｌ ＿ ｌ ｈ ｅ 压； ＲＨ 为相 对 湿 度 ，ＲＨ一 ５ ． 度 均 采 用 绝 ０ 温
同对流 层模 型解 算后的 基线各 分量 ， 并得 出一 些有益 的结论 。
关 键词 ： 流层 ； 线 解算 ； ＧＯ； ｉｎ ｃｅ 对 基 Ｌ Ｐ ｎ ａｌ
中图分类 号 ： ２ ８４ Ｐ ２ ． 文献标 志码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１ ０ — ２ ８ ２ １ ） ２０ ４ — ５ ０ ８９ ６ （ Ｏ ２ ０ －０ ８０
据 中不 同历元 形成 的多 余 观测 值 组 成 观测 方 程 进
行 计算 。二 次差分 采 用 不 同卫 星 形 成 的 站 际一 次 差 分 观测方 程再 进行 一 次 求 差 ， 二 次差 分 以后 ， 在
Ｅ × ＋ 』＋ ［ ｃ Ｌ Ｐ ｓ
ｔｎＥ ａ ２
０ ０５ Ｐ ． ） ｓ一 —
Ａｓ— Ａ ｄ＋ Ａｓ ｓ
１ × Ｉ ｄ ＋ １ × Ｉ ｄ ０ Ｎ ｓ ０ Ｎ ｓ
（） ３
一 丽 干
一
Ｋｄ
＋
（ １）
式 中： 干燥 空气 折射 率 Ｎ 一 ７ ． ４ －（ ７ ６ × ／ Ｐ为大 气 气压 （ ） ； 蒸气 折射 率 Ｎ ｍｂ ） 水 。 一 １．６ 一 ２９ × ｅ ＋ ３７８ ０ Ｐ ． １ ×１ × ｅ（ 为湿气 体气 压 （ ） Ｔ为绝 ｍｂ ， 对 温度 （ ） ｓ Ｋ） ；ｄ 为信 号传播 路径 上 的微元 。 由上式 可 看 出 ， 流 层 延 迟 与 空 气 折 射 率 相 对
１ 差 分定 位 中对 流 层 的影 响
Ｇ Ｓ载 波相 位 差 分 可 按 测 站 、 星 和 观 测 历 Ｐ 卫 元来 产生 。根据 差分 的次数 可分 为一次 差 ， 次差 二 和三 次差 。对 于同 一个 测 站 ， 际一 次 差 分 （ 不 星 在
ＧＰ Ｓ电磁 波在穿 过对 流 层 时 ， 速 度会 随着 温 度 、 其 压 力 和相对 湿 度 的 变 化 而 变 化 ， 而 引起 信 号 延 从 迟 。因而 ， 须 引入 对 流层模 型对信 号延 迟 的部 分 必 进 行改 正 。对流层 延迟 可分 为两部 分 ： 干分量 引起
中 ， ｉｎ ｃｅ 中 最 常 用 的 Ｇｏ ｄＧ ｏ ｍａ Ｐｎ ａｌ ａ — ｏ ｄ ｎ模 型 （ ９ ４ 和 改进 的 Ｈｏ ｆ ｌ 型 一致 。在 分 析各 种 １７ ） ｐｉ ｄ模 ｅ
短， 工程 控制 网 Ｃ Ｉ Ｃ Ｉ 控 制 测量 一 般 设 置 为 Ｐ 和 ＰＩ
１ ， ５Ｓ 因而 ， 可认 为相邻 历元 的大气 条 件基 本 相 同 ， 相 邻历元 间一 次差 分 可 消 去大 部 分对 流 层 延 迟误
差。
具 有代 表 性 的基 线 解 算 软件 （ 和 Ｐｎ ａ Ｉ ＧＯ ｉｎ — ｃｅ 一般采 用 二 次 差分 进 行 计 算 。用 得 最 广 的 是 ｌ）
收 稿 日期 ： ０ １１ － １ ２ １ — ２０ 联 系人 ： 适 Ｅ ｍａ ： ｈ ｕ ８ ＠ ｆｘ ｉ ｃ ｍ 周 — ｉ ｚ ｏ ｓ ３ ｏ ｍａ ． ｏ ｌ ｌ
周 适
（ 中铁 二 局 集 团 公 司 测 量 中 心 ， 四川 成 都 ６０ ３ ） １ ０ １
摘 要 ： 分析 了几种 常用 的对流层 延迟 改正模 型和 对 流层延 迟 的影 响 因素 ， 软 件 Ｌ 在 ＧＯ 和 Ｐｎ ａ ｌ ｉｎ ｃｅ中运 用不 同对 流层 改正模 型 ， 外 业 ＧＰ 对 Ｓ测量得 到 的数据 进 行基 线 解 算 ， 比较 不
第 ２期 ’
周 适 ： 流层几 种改 正模 型分析及 在 Ｌ Ｏ 和 Ｐｎ ａ ｌ 对 Ｇ ｉｎ ｃｅ中的应 用
２ ２ 简 化 Ｓ ａｔｍｏｎ ｎ模 型 ． ａｓ ａ ｉｅ
△ｓ 一
ｓｉ ｎ
・４ ・ ９
在 测站 、 卫星 、 历元 三 者 中选取 测 站 和 卫 星进 行 二 次 差分 ， 在静 态 ＧＰ Ｓ测 量 一 个 时 段 观测 的 同步 数
第３ ７卷 第 ２期
２１ ０ ２年 ４月
全 球 定 位 系 统
Ｇ Ｎ ＳＳ Ｗ ｏｒｌ ｏｆ Ｃ ｈ ｉ ａ ｄ ｎ
Ｖｏ． １ ３７， ｏ ２ Ｎ ．
Ａｐｒｌ ２ ２ ｉ． ０１
对 流 层 几 种 改 正 模 型 分 析 及 在 Ｌ ＧＯ 和 Ｐ ｎ ａ ｌ 的 应 用 ｉｎ ｃｅ中
１＋ １＋ ÷ ＮＭ Ｆ （ ）一 — — — — ｓｎ ｉ ＋
Ｓｌ １ ｎｕ ＿一 ｃ
为单 位 ， 高度 角 Ｅ以度为 单位 。
由于基 线通用 格式 Ｒ ＮＥ Ｉ Ｘ数 据 只含有 Ｏ、 Ｇ、 Ｎ三 个文件 ， 缺少 测 站 实 测温 度 和 气 压数 据 ， 在 故
公 式 中采用 标准 大气 参 数 。Ｔ ＝ ９ ． ６Ｋ， 一 ＝ ３ １ Ｐ ＝２
１ Ｏ１ ｂ ． ３ｔ ａ ｕ
（ ４）
对简化 的 Ｈｏ ｆ ｌ 型 分 析 ， 际 基 线 解 算 ｐｉ ｄ模 ｅ 实 软件 采用标 准大气 参数 忽 略了温 度 、 压和相 对湿 气 度等 影响 因素 ， 星 高度 角 Ｅ和测 站 高 程 ｈ 是 主 卫 要 的影响 因素 。卫 星高 度 角 Ｅ越 大 ， 站 高 程 ｈ 测
工 程控制 网一个 时段 所观测 的测 站间相 距不 远 （０ １
都 是通 过这 两部 分计 算 。ＧＰ Ｓ基线 解 算 软件 有 代 表 性 的可解 双频 双 星 的两 款软 件 ： 卡 的 Ｌ Ｏ 和 徕 Ｇ 拓 普康 的 Ｐｎ ａ ｌ ｉｎ ｃ ｅ软件 。Ｌ Ｏ 提供 的对流 层改 正 Ｇ
对 流层 改 正 模 型 之前 ， 分 析对 流 层 延 迟 在 Ｇ Ｓ 先 Ｐ Ｉ 引 Ｊ 舌
定位 原理 的差分 观测方 程 中的影 响 。
对 流层指 从 地 面 以上 ４ ｍ 的范 围 ， 气 层 ０ｋ 大
中质量 的 ９ 都 集 中在 对 流 层 。对 流 层 延 迟 指 ９
度 的关 系表 ， 算 出干湿 映射 系数 。干 映射系数 计 可
算公 式
ａ Ｂ ， Ｙ）一 ａ ｇ Ｂ）＋ ｈ （ Ｄｏ （
ｎ （ ｃ ｓ ２ Ｄｏ － ８， Ｂ） 。 （ Ｙ ２ ，
ｍａ ， ９ ４ ， ｎ １ ７ ） 由于 其 数 学 公 式 比较 繁 琐 ， 不 再 单 故
ｃｔ ｏ Ｅ；ｎ 一 １ １ ． ６— ０ １ × １ × ｈ ．５ ０ ＋ ０ ７ ６ × ． １
１ ｈ 公式 中各 符号 含 义 同 Ｈｏ ｆｅ ０ ， ｐｉ ｄ模 型相 同 。 ｌ Ｓ ａｔｍｏｎ ｎ模 型 中 ， 星 高 度 角 Ｅ和 测 站 高程 ａ ｓａ ｉｅ 卫 ｈ 依 然是对 流层 延迟 的两个 主 要 因素 。
关 ， 空气折 射率 会 受 到 气压 、 度 和相 对 湿 度 的 而 温
式中 ：
Ｄ
Ｋｄ一 １ ５ ２× １ × ５． ０ ａｓ× （ ｔ ｈｄ— ｈ ） ；
』 ｓ
Ｋ 一１ ．×１ ４ ｅ （ ； ５ ２ ０ × 彗 ×ｓ 一＾ ５ 一 ＿ × ）
』
２ ３ Ｅ ｓｎａ ｄＦ ｏ ｍｅ １ ５ ） 型 ． ｓｅ ｎ ｒｏ （９ １ 模
Ａｓ： ： ＝Ａｓ ｄ＋ Ａｓ
一
Leabharlann Baidu
分 时就 引入 对流层 改 正 模 型来 减 少 对 流层 误 差 带
来 的影 响 。
２ Ｌ ＧＯ 和 Ｐｎ ａ ｌ ｉｎ ｃｅ中对 流 层 模 型 分 析
２ １ 简 化 的 Ｈｏ ｆ ｌ 型 ． ｐ ｉ ｄ模 ｅ
ｈ ｄ一 ４ １ ６＋ ｉ ８ ７ ０３ ４ ． ２× （ 一 ２ ３ １ ） Ｔ ７ ． ６
ｈ 一 １ ０ ０； １ ０
一
影 响 。在实 际基 线解 算 软 件 中采 用标 准 大 气参 数 后 ， 略 了这 些 因素 的影 响 ， 忽 故该 模 型 只与 信 号传
播 路径 长度 有关 ， 径 越 长则 对 流 层 延 迟越 大 ， 路 该
对 温度 以 Ｋ为 单 位 ， 压 Ｐ和 水 气 压 ｅ均 以 ｔｂ 气 ｕ ａ
模 型没 有考 虑卫 星的 高度角 和测 站高 程 ， 故该 模 型 精 度应 该 比前两种 模 型的精 度要 差些 。
２ ４ Ｎｉ ｌ ． ｅ 模型 （９ ６ ｌ １９ ） 天顶 对 流层 延 迟 与路 径 方 向上 的对 流层 延迟 存 在特 殊关 系 ， 过 一 个 对 流层 映射 函数 ， 可 以 通 就 将 天 顶对 流 层延 迟精 确地 映 射 到路径 方 向上 ， Ｎｅ ｌ１ ９ ） ｉ （ ９ ６ 采用 ＮＭＦ映射 函数 ｌ
越大 ， 对流 层延 迟改正 越小 。 对于 改 正 的 Ｈｏ ｆ ｌ ｐｉ ｄ模 型 （ ｏ ｄ ａ ｄ Ｇｏ ｄ ｅ Ｇ ａ ｎ ｏ —
式 中 ： 为高度 角 ； ｂ、 分别 为根 据干 湿不 同和 ０ ａ、 ｃ 纬度 不 同的 映 射 函数 。通 过 ＮＭＦ映 射 函数 与 纬