提高中性大气折射延迟改正精度的可能途径

针对空间大地测量技术对中性大气折射延迟改正精度的要求,阐述了折射延迟改正值应随测站和随方位而异的必要性．指出,在尚不能直接测定天文大气折射值的情况下,现有的各种改正模型对大气分布模型的依赖性,不能达到预期的精度和降低观测的截止角．根据云南天文台低纬子午环的特殊结构,和测定大气折射的实践,提出了提高折射延迟改正精度的新方法,即：利用各观测站不同方位从天顶附近直到低地平高度角的天文大气折射实测数据,求解得到折射率差和映射函数的参数,从而建立随测站和随方位而异的大气折射延迟改正模型．这一新方法的实施,将能在不需采用大气分布模型的情况下,把天顶延迟的改正精度提高到1 mm以内,低地平高度角的折射延迟改正精度提高到厘米级,并且把截止高度角压缩到5°以内．

VLBI中性大气折射延迟的研究进展——天顶延迟的改正模型

大气传播延迟是空间大地测量技术的主要误差源,特别是在低高度角的观测情况下尤其如此。因此,大气折射改正的研究仍然是当代新空间技术研究的重要课题之一,完善大气折射理论不仅可以改善新技术的归算精度,而且有希望降低仪器的观测截止角,提高仪器的使用效应。详细地综述了对流层大气折射延迟研究的基本概念和理论方法,探讨了对不同精度要求和不同高度截至角的VLBI观测可以采用的大气折射延迟模型的计算方法。

星载激光测高系统大气折射延迟的影响分析

星载激光测高系统发出的测距光束经过大气层时会发生折射,由此产生的与大气延迟相关的测距误差在数米量级。讨论了激光测高系统大气延迟修正理论及实现算法,通过使用沿天顶方向的大气传输延迟值与非天顶方向相应映射函数乘积的方法来计算大气延迟,并对影响大气延迟主要气象参数地表气压进行修正。结合全球首个对地观测星载激光测高系统GLAS测量数据和美国国家环境预报中心NCEP气象数据进行大气延迟修正,并与GLAS系统公布延迟数据对比。结果表明:大气干项延迟偏差小于2cm,湿项延迟偏差小于1mm。

VLBI中性大气折射延迟的研究进展——映射函数的改正模型

大气传播延迟是空间大地测量技术的主要误差源之一。在射电波段中性大气延迟的影响可从几米到几十米变化 ,即使通过目前某些模型的修正 ,也不能完全消除大气的影响 ,特别是湿大气部分由于变化随机性强 ,很难用模型估计。本文研究了在球对称大气模式下 ,与余误差函数形式相联系的中性大气折射延迟的母函数 ,讨论了与其有关的一些展开式 ,并对各种映射函数进行了比较。

在大气折射延迟模型中避免采用大气分布模型的论证

天文大气折射是经典天体测量学和大地测量的一项误差源,大气折射延迟是空间大地测量技术中的一项重要误差源,它们的改正模型都直接与大气折射率和大气分布模型有关。文章简述了大气的垂直分布状况,以及大气折射率(或折射率差)因地和因方位而异的情况,分析了目前只能采用球对称大气分布模型的原因。论证了随测站和随方位而异的天文大气折射和电磁波大气折射延迟实测模型建立的必要性和可能性。实测模型已经包含了测站上空大气实际分布及其非球对称的特性,不必再去寻找或建立随地势而异和随季节而变的大气分布模型,避免了大气分布模型选择不当的影响,从而排除了空间大地测量技术中的一项主要误差源。

测定天文大气折射和建立折射延迟实测模型的必要性

根据经典天体定位测量受天文大气折射的影响和现代空间大地测量对中性大气折射延迟改正的要求,分析了这些修正没有达到预期精度要求的原因:主要在于不能直接测定天文大气折射;文章针对这些影响量对大气分布模型的依赖性,改正值应随着不同的观测站和不同方位而异的要求,提出了提高这两种改正精度的有效途径:在各观测站不同方位的各天顶距,测定天文大气折射值,分别建立不同方位的大气折射实测模型,并利用实测数据,求解出折射率差和映射函数的参数,建立和采用随着观测站、随着方位而异的折射延迟改正模型。这一新方法的实施,将能在避免采用大气分布模型的情况下,把较低高度角的折射延迟改正精度从现在的米级提高到厘米级,并且把截止高度角压缩到5°以内。文章还论述了在各观测站多方向测定天文大气折射值的可能性。

GPS中性大气折射延迟的研究

简述了GPS大气折射延迟研究的进展,针对GPS对中性大气折射延迟改正精度的要求,给出了研究天文大气折射和中性大气折射延迟的一个可能方法,即:基于映射函数形式的天文大气折射模型,利用不同方位的天文大气折射值的测定数据,求解映射函数中的参数,进而可建立随观测站和随方位而异的大气折射延迟改正模型。

关于GPS大气折射延迟实测模型的讨论

针对GPS对中性大气折射延迟改正精度的要求,论述大气折射延迟模型应随测站和方向而异的必要性.在尚不能直接测定大气折射率的情况下,指出现有的各种改正模型不能达到预期精度要求的原因以及改正值对大气分布模型的依赖性.提出提高大气折射延迟改正精度的新方法:利用不同方位的天文大气折射值的测定数据,求解折射率差和映射函数的参数,建立随观测站和随方位而异的大气折射延迟改正模型.该方法的实施能在避免采用大气分布模型的情况下,把天顶延迟的改正精度提高到1mm以内,低地平高度角的折射延迟改正精度提高到厘米级,并且把截止高度角压缩到5°或更小.

中性大气折射延迟的研究现状及其天文测量方法

经典天体测量和大地测量所作的天文大气折射修正,以及现代空间大地测量所作的电磁波中性大气折射延迟改正,都没有达到期望的高精度要求,原因在于不能直接测定天文大气折射和折射延迟模型的参数,只能采用各地相同和各向同性的理论模型作改正.为了提高修正精度,人们用测量数据反演各观测站不同方位的经验改正模型.本文根据有关学科发展对空间大地测量的精度要求,阐述了折射延迟量与观测站周围的地形有关的事实,指出了建立和采用随观测站、方向而异的改正模型的必要性;在分析了长期以来直接测定天文大气折射或折射率的几个主要障碍和已具备的条件后,根据光学波段的天文大气折射与射电波段的大气折射延迟之内在联系,提出了在各测站采用天文大气折射测定值,建立各自随方位而异的大气折射实测模型和折射延迟实测模型的方法;文中还给出了测定瞬时天文大气折射、建立两种实测模型的总体方案.这一方法的实施,将有可能把天顶方向的延迟改正精度提高到1mm以内、高度角5°处的精度提高到厘米量级,并且把截止高度角压缩到5°以内.

大气折射延迟映射函数的比较

简要综述对流层大气折射延迟的基本概念,对几种常用的连分式的映射函数进行比较,结果表明映射函数模型在低高度角呈现较大的差异性,说明利用映射函数模型对大气折射进行改正有很多局限性。

星载激光测高系统的大气折射延迟改正模型研究

星载激光测高仪通过测量从卫星平台发射的激光脉冲在卫星与地面激光脚点之间的渡越时间计算两者之间的距离。由于光束经过大气层时发生的折射,导致卫星激光测高系统典型的与大气延迟相关的测距误差在数米量级。讨论了大气折射延迟修正的理论与方法,分析比较了各种大气折射率模型,以全球首个对地观测星载激光测高仪系统GLAS系统为例,给出了各种折射率模型的计算偏差,发现在常见温度和湿度范围内Owens375模型是一种精度较高的简化折射率模型;计算了GLAS系统高度角偏离天顶方向不超过10°的情况下,使用简单映射函数与CfA2.2映射函数模型的值,发现其差异不超过0.5mm。

中性大气折射延迟主项的级数展开式

中性大气折射延迟是空间大地测量技术中的重要研究课题之一.本文在Saastamoinen(1973)的理论基础上,重新研究了大气折射延迟的级数展开理论,给出了一个新的级数展开式.新级数展开式能够展开到任意阶次项,并且理论上达到了亚毫米量级;另外,把地面附近的群折射指数作为未知数单独提出来,适应了不同技术在不同观测波长情况下的处理,最终给出了以视天顶距正割为引数的级数展开式.利用本文成果可进行射线跟踪的理论研究.

映射函数形式的天文大气折射理论公式

重新研究了中性大气折射延迟映射函数的近似母函数.在此基础上,本文得到了一个新的天文大气折射的理论公式,即映射函数形式的表达式.数值计算表明,利用本文公式和利用普尔科沃大气折射表公式计算的蒙气差相差很小.在天顶距小于30°的情况下,二者之差小于0″.05,在天顶距小于65°的情况下,二者之差小于0″.11;在天顶距大于65°的情况下,二者之差却不增反降,直至在天顶距75°处出现负值,但也就是在天顶距75°处,二者之差的绝对值又开始增加;但总体上,在天顶距小于75°时二者之差的绝对值小于0″.11.可见,以映射函数形式的蒙气差公式取代复杂的普尔科沃大气折射表公式是可行的,也可以利用天文大气折射测定值来建立大气延迟模型.

利用境内气象站观测数据的激光测高仪大气延迟改进算法

由大气层折射率分布不均匀引起的大气折射延迟是星载激光测高仪测距误差的主要来源之一,其主要受地表气压的影响。目前计算地表气压方法仅有美国GLAS系统使用的基于NCEP气象数据和时间空间的内插方法,GLAS系统观测相对平坦的南北极冰盖区域的精度足够,但观测地表起伏复杂的陆地目标的精度较低。文中利用国内气象站的观测数据,基于改进的反距离加权内插算法对大气折射延迟修正方法进行改进,并与传统GLAS方法的修正结果进行精度对比。在高原地区以及高纬度地区,采用国内气象数据和新的内插算法可以将修正残差由超过2cm降低至小于0.5cm,相对GLAS系统整体15cm的测量精度,相当于整体精度提高10%,对于未来国产卫星激光测高仪测量精度的提高将有一定参考价值。

GPS测量中天顶干延迟的计算方法的研究

大气可降水份的估计是地基GPS气象学的一个主要研究方向。本文介绍了大气折射对GPS测量的影响,简介了两种常用的天顶干延迟分量模型——Saastamoinen模型和Hopfield模型和各种模型的特点。通过对北京、乌鲁木齐、拉萨3个IGS站的气象数据对这两个的天顶延迟干分量模型进行了分析总结。

GPS伪距改正及精密动态单点定位精度分析

给出了GPS伪距定位在动态模式下的改正模型 :对流层折射延迟、电离层延迟改正、地球自转改正、相对论效应改正、卫星天线和接收机天线改正、固体潮改正。并针对单频GPS接收机进行动态伪距定位的试验 ,分析了各项改正对GPS伪距定位的精度影响及综合改正后的精度分析。

关于大气分布模型

简述了大气垂直分布情况和高空探测方法,分析了目前只能采用球对称大气分布模型的原因;论证了随观测站、随方位而异的天文大气折射实测模型和折射延迟改正模型,已经包含了观测站上空大气实际分布的非球对称特性,不必再去寻找或建立随地势而异和随季节而变的大气分布模型,避免了大气分布模型选择不当的影响,从一个方面为提高天文大气折射改正精度和电磁波大气折射延迟改正精度提供了保证。

重复轨道雷达干涉测量中的大气影响及其研究展望

在研究大气延迟物理机制的基础上,分析了大气效应对雷达干涉测量产生的影响,并对重复轨道雷达干涉测量中大气延迟的分析方式进行了归纳与探讨;回顾了国内外关于InSAR大气影响的研究方法,着重对现有的大气误差改正方法进行了分类和比较,并对存在的问题进行了分析,对今后的研究方向提出了建议。

电磁波信号在对流层中路径弯曲改正的级数展开式

大气折射延迟是空间大地测量中的一个主要误差源。本文严格地给出了中性大气路径弯曲改正的原理性公式。通过对各种因素量级的分析,在亚毫米量级的精度上给出了一个以视天顶距正切和正割乘积为参数的级数展开模型。新模型在球对称大气模型下,级数展开模型的精度达到了毫米量级,理论上可以展开到任意阶次,且可允许观测高度角小到5°。

光纤传感器中拍频光电流信号的计算

本文计算了利用正交偏振双频激光束的光纤传感器的拍频光电流信号。实验结果与理论计算一致性很好。