山基GPS掩星反演大气折射率算法的研究.pdfVIP

第二部分卫星导航技术与应用 山基GPS掩星反演大气折射率算法研究 金慧华，过静君，白征东 (清华大学地球空间信息研究所，北京100084) 摘要分析了山基GPS掩星反演处理过程，针对卫星坐标获取与周跳探测与修复进行了详细研究，对原有的弯曲角反演模 型进行了修正。文中提出的原理和算法对研究和应用山基GPS掩星反演大气折射率提供了经验． 关键词 山基GPS：卫星坐标：周跳；大气折射率反演 0引言 山基GPS掩星作为GPS新的应用研究方向，国际上很多研究机构都给予很多关注和重视。它是将高增益的 GPS天线安置在相对高度2km以上的山顶上，利用山基GPS掩星反演原理处理数据可以测定如大气折射率廓线 等气象元素。它具有全球覆盖，精度高。垂直分辨率高，费用低廉等优点。 山基GPS掩星反演大气对流层折射率主要包括获取卫星坐标、探测与修复周跳、计算弯曲角和碰撞参量以 及Abel积分变换反演大气折射率廓线等内容，国家卫星气象中心联合总参大气环境研究所、清华大学地球空间 测试验。本文对试验数据进行了反演，并与大气探空数据进行比较分析，二者得到的大气折射率廓线基本一致。 1数学模型 1．1反演流程 山基GPS掩星反演大气对流层折射率主要流程如图1所示。 1．2计算卫星坐标 国际GPS动力学服务(InternationalGPS 星历，表1为IGS部分数据产品及质量指标。 在掩星反演时一般有2种方式可以得到卫星坐标：一种是利用GPS接 收机接收的导航电文；一种是利用IGS提供的卫星坐标内插得到。为了进 行掩星反演，必须实时得到卫星坐标，只能使用igu星历。从表l中可以 计算对渲层 看到，IGS站卫星坐标是15分钟间隔，所以需要内插掩星出现时刻的卫星 燮翮 附加延迟 位置。 参考文献6可知3小时12阶切比雪夫拟合精度高于广播星历2个数量级。 表1 IGS提供的GPS卫星星历概况m l计算弯曲角I I和碰撞参量I 星历类型 卫星坐标精度／c= 采样间隔Imin 获取时间 更新时间 超快速星历(igu) 25 15 实时 每天4次 I计算大气l l对流折射率l Id 快速星历(igr) 5 15 17h 最终星历(igs) 5 15 13d l星期 1．3计算附加相位延迟 GPS接收机对收到的载波相位观测值以距离单位可用下式表示豫1为： (f=l，2)· (1) 彳=p／+c·dt—c·dt’一d『0，一+÷6／+互o+一 j’ 式中，J为卫星号码；∥为载波相位观测值；∥为站一星几何距离；dt为接收机钟差·国歹为卫星钟差：∥为 对流层延迟；剐为电离层延迟；c为真空中的光速；石为频率，∥为整周模糊度；占，为残差，包括接收机硬 件的噪声和多路径效应影响等。 “第十一届全国遥感遥测遥控学术研讨会”论文集 第二部分卫星导航技术与应用 在观测站A进行掩星测量，1号星为掩星，2号星为参考星如图2 所示，参考式(1)可得A站上掩星和参考星的厶频率上相位观测方 程，假设历元间不存在周跳，即整周模糊