一种新的全球对流层天顶延迟模型GZTD

对流层延迟是GNSS导航定位主要误差源之一,主要受气象参数(如总气压、温度和水汽压等)的影响,具有变化随机性强的特点.本文利用GGOS Atmosphere提供的2002—2009年全球天顶对流层延迟格网时间序列研究了全球对流层天顶延迟的时空变化特征.并以此为基础对全球天顶对流层延迟(Zenith Troposphere Delay,ZTD)进行建模,提出了一种基于球谐函数的全球非气象参数对流层天顶延迟改正模型———GZTD模型.实验对比结果表明考虑ZTD经纬向变化的GZTD模型内符合精度全球统计结果(bias:0.2cm,RMS:3.7cm)优于只考虑ZTD纬向变化的UNB3m(bias:3.4cm,RMS:6.0cm)、UNB4(bias:4.7cm,RMS:7.4cm)、UNB3(bias:4.0cm,RMS:7.0cm)和EGNOS(bias:4.5cm,RMS:6.9cm)等模型.使用全球385个IGS站进行外符合检验,统计结果表明GZTD模型(bias:-0.02cm,RMS:4.24cm)同样优于其它模型.GZTD模型具有改正效果良好、使用简单、所需参数少等优点.

电离层三维层析成像的自适应联合迭代重构算法

在电离层层析成像过程中,联合迭代重构算法是一种常用的反演算法.然而,该算法迭代收敛较慢,反演结果精度不高.为此,本文发展了一种自适应的联合迭代重构算法,该算法利用上一轮的电离层电子密度反演结果,自适应地调整松弛因子和加权参数.通过模拟数据和实测数据对该算法的反演结果进行了验证,并将得到的反演结果与电离层测高仪数据进行了比较,结果表明,该算法能够有效地反演电离层电子密度,且反演结果精度优于常用的联合迭代重构算法.

联合GNSS PWV和气象参数的短临定性降雨预报改进模型

伴随GNSS数据处理技术的进步及其衍生水汽产品精度的提高,GNSS大气可降水量(PWV)所蕴含的丰富水汽信息被逐渐应用于降雨预报。然而,目前联合GNSS PWV和气象参数的短临降雨预报模型在挖掘参数信息方面仍存在局限性。因此,本文提出了一种基于随机森林算法(RF),联合PWV、温度、气压和相对湿度等参数的距平和变化率的改进模型。通过对湖北、湖南和江西3省的定性降雨预报结果进行分析,发现本文模型能准确地捕捉到PWV和气象参数对降雨的影响。与只使用PWV和气象参数的反向传播神经网络算法(BPNN)的模型相比,本文模型的预报正确率为89.57%,其提升幅度为2.29%;错报率为15.06%,降低了2.76%。在暴雨频发期间,本文模型的预报性能表现出更明显的提升,相较于基于BPNN算法的预报模型,本文模型的预报正确率提高了5.57%,而错报率则降低了2.37%。进一步研究发现,当起报时刻分别设为时刻t和时刻t-1,以预报t+1时刻的降雨状态时,选择时刻t-1作为起报时刻会导致预报正确率有所提高,但同时错报率也会相应上升。

基于探测概率模型的天基激光探测空间碎片仿真与分析

为了提高在轨空间碎片的探测精度,在已有天基红外探测与雷达探测空间碎片研究的基础上,根据单光子激光探测原理构建了天基激光探测系统的仿真平台;基于探测概率模型最优条件下,对该系统探测空间碎片过程中的误差因素进行讨论,并开展仿真实验和探测精度分析。结果表明:在天基激光探测系统的辅助下,空间碎片的探测精度可从km量级提升至百米以内。该研究可为未来我国实现空间碎片的天基激光探测提供参考。

电离层顶部电子含量对GNSS电离层层析的影响分析

卫星信号射线上的总电子含量(slant total electron content, STEC)是像素基全球卫星导航系统电离层层析(computerized ionospheric tomography, CIT)建模的必要数据来源,但电离层层析通常忽略1 000 km以上的顶部电子含量,为弄清这部分电子含量对层析结果的影响,利用NeQuick2模型计算站星视线上的STEC与其在电离层区域内的STEC比值来改正原始数据,并分别利用改正前后的STEC进行电离层层析。结果显示,电离层顶部电子含量占比约为10%,白天占比略大于黑夜,与测高仪站的数据相比,改正后的均方根值比改正前提高了20%以上;与Swarm卫星提供的电子剖面数据对比,改正后的层析结果精度较改正前提升了19.6%左右,且该方法受地磁扰动影响较为明显。总的来说,利用CIT进行小尺度电离层探测,可较直观地看出,顶部电子含量对层析结果的影响较大,需要采取相应手段予以剔除。

基于载波相位平滑伪距与精密单点定位获取的TEC在GNSS电离层层析中的对比分析

利用GNSS(Global Navigation Satellite System)建立电离层层析(Computerized Ionospheric Tomography,CIT)模型反演电离层的结构,并探测和研究电离层的活动及其变化规律是目前的研究热点,其中相位平滑伪距(Carrier Phase Smoothing Pseudorange,CPSP)和精密单点定位技术(Precise Point Positioning,PPP)是两种主要的电离层电子含量(Total Electron Content,TEC)获取方式,但这两种方法对电离层层析的性能影响,目前尚未有研究进行比较分析.有鉴于此,本文利用欧洲区域2017年9月7、8两日的GNSS数据,分别基于CPSP和PPP获取TEC进行电离层层析反演并分析比较其精度,这两种反演方法分别称为CPSP-CIT和PPP-CIT.其结果显示,CPSP-CIT与测高仪之间的RMSE均值为0.9292×10^(11)el/m^(3)、PPP-CIT与测高仪之间的RMSE均值为0.6915×10^(11)el/m^(3),可看出,相较于CPSP-CIT,PPP-CIT的精度提高了25.6%.为进一步验证上述结果的准确性,分别计算了CPSP-CIT、PPP-CIT与Swarm卫星数据的RMSE值,其结果显示CPSP-CIT、PPP-CIT与Swarm卫星数据之间的平均RMSE值分别为0.4774×10^(11)el/m^(3)和0.4275×10^(11)el/m^(3),可看出,以Swarm卫星数据为参考,PPP-CIT的精度相较于CPSP-CIT提高了10.5%.综上所述,PPP-CIT的反演精度高于CPSP-CIT,其反演结果更趋近实测数据.

地表温度与加权平均温度的非线性关系

在温度随高度线性递减的假定下,根据加权平均温度和函数内积的定义,推导出加权平均温度Tm与地表温度Ts存在非线性函数关系,这突破了传统的加权平均温度Tm与地表温度Ts近似为一次函数关系的认识。利用2010年中国78个无线电探空站数据对线性函数和非线性函数的系数项进行拟合,其结果证实了加权平均温度Tm与地表温度Ts的非线性关系。

基于球冠谐分析的区域精密对流层建模

对流层延迟是影响GPS定位精度的主要误差来源。随着精度要求的提高,经验模型已经不能满足精密定位的需要,而许多地区建立的连续运行参考站系统为建立区域对流层模型提供了一个很好的契机。本文分析常用的对流层区域实时模型方法的不足,提出基于球冠谐(spherical cap harmonic analysis,SCHA)的区域精密对流层模型。详细介绍SCHA模型的计算方法,并根据试验对比分析建立了最优SCHA区域对流层模型。为了验证SCHA模型的效果,本文将之与四参数模型和矩谐分析(rectangular harmonic analysis,RHA)模型进行对比与分析。其结果表明SCHA模型在内符合精度上有明显的优势(RMS值在6mm内),外符合精度相比四参数模型提高了50%左右(RMS值在1cm内),且建模精度整体上略优于RHA模型。SCHA模型能更好地描述对流层的空间变化,适用于大区域对流层延迟实时建模。