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利用电离层延迟改正模型提高GPS高程测量值的精度的研究

作　者: 刘东
导　师: 施昆
学　校: 昆明理工大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 总电子含量中心电离层 GPS双频观测电离层延迟模型克罗布歇模型
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

GPS由于其高效方便,得到了迅猛发展,成为了现在地形测量、变形监测、低等级高程控制测量的首选。近年来在GPS理论和技术高速发展的带动下,GPS在平面测量精度和高程测量精度方面都得到了很大的提高。硬件方面,扼流圈天线使得GPS的多路径效应得到了有效的消除；理论方面,各种对流层、电离层延迟改正模型的提出及其应用,以及许多研究表明有效的GPS消除误差理论的应用,使得GPS的诸多与卫星及接收机之间的误差得到了很好的改正,所以GPS在平面位置和高程的测量精度也进一步提高,在平面测量中的精度达到甚至小于±1mm+lppm。由于GPS测量的大地高应用于实际时需要经过高程转换为正常高,中间转换过程中需要解算高程异常,一系列的计算使得GPS在高程控制测量方面误差偏大,影响了GPS高程控制测量在许多方面的应用。本文在GPS双频观测的基础上,通过解算GPS原始的观测数据,建立一种区域的电离层延迟改正模型,取代现在最常用的克罗布歇模型来消除电离层对GPS测量的影响,更好的消除电离层延迟的影响,以提高GPS的解算数据的精度。区域模型建立采用多项式电离层延迟改正模型,将整个电离层中电子浓缩在一个单层,单层高度取350km,将单层上的垂直方向上的总电子含量(VTEC)的值看作是纬度和太阳时角的函数,计算穿刺点的位置。根据在某段时间内接收机接收到的卫星的观测数据,并将这些观测数据通过TEQC数据处理软件进行处理,限制卫星的高度角,分离出需要的数据,解算多项式中的系数及诸多难以在公式间求差消除的系统误差总量,利用最小二乘法拟合出这些未知项的最优解,进而建立区域性电离层延迟改正模型。利用这种模型解算电离层延迟量且与实际的延迟量进行比较,验证模型的效果。这种在双频测值的基础上,精确求定穿刺点上空的电子含量,反求出多项式模型中的系数建立区域电离层延迟改正模型,更具有针对性的解决当地的电离层延迟量。通过实际应用的例子来比较本文中建立的多项式模型对实际电离层延迟的改正效果,验证本模型的优势,说明多项式模型更具有针对性,特定性。但是由于建立模型的先天条件也限制了本模型在预报电离层延迟方面的不足。综合模型的优劣性的比较,应用这种GPS双频观测值建立起来的区域性多项式电离层延迟改正模型可以很好的提高GPS的测量精度,也使得GPS在高程控制测量方面得到更广泛的应用。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章电离层改正模型研究的现状  10-20
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 电离层GPS发展简史及研究现状  11-20
    1.2.1 电离层简述  11-13
    1.2.2 电离层对GPS的影响及消除方法  13-16
    1.2.3 国内外研究电离层延迟模型的主要方法及手段  16-20
第二章利用GPS建立电离层模型的原理及经典电离层模型  20-33
  2.1 电离层的电子特性及变化规律  20-24
    2.1.1 群速度和相速度  20-21
    2.1.2 电离层的总电子含量及折射率  21-23
    2.1.3 电离层的总电子变化规律  23-24
  2.2 利用GPS观测值测定电离层电子含量的原理  24-28
    2.2.1 中心电离层  25-26
    2.2.2 利用GPS双频观测值计算TEC  26-28
  2.3 经典电离层延迟改正模型  28-33
    2.3.1 Bent模型  28-29
    2.3.2 国际参考电离层(IRI)模型  29-30
    2.3.3 克罗布歇模型(Klobuchar)  30-33
第三章区域多项式电离层延迟改正模型研究和分析  33-46
  3.1 基于GPS观测值建立的电离层延迟改正模型  33-37
    3.1.1 多项式模型  33-34
    3.1.2 球谐函数模型  34-35
    3.1.3 格网模型  35-37
    3.1.4 三种电离层延迟改正模型的比较  37
  3.2 分析和研究区域多项式电离层延迟改正模型  37-42
    3.2.1 区域多项式电离层延迟改正模型  38-41
    3.2.2 区域多项式电离层延迟改正模型的误差方程  41-42
  3.3 求解区域多项式电离层延迟改正模型的流程  42-46
    3.3.1 解算区域多项式电离层延迟模型  43-44
    3.3.2 模型计算程序  44-46
第四章昆明地区多项式电离层延迟改正模型的建立  46-60
  4.1 数据处理  46-54
    4.1.1 数据格式及处理数据软件介绍  46-51
    4.1.2 获取P1、P2、E、A和起始时间的值  51-53
    4.1.3 在原始数据中查看电离层延迟量及变化率  53-54
  4.2 昆明地区多项式电离层延迟模型建立  54-55
    4.2.1 计算接收机及其区域中心点的大地坐标φ,λ值  54
    4.2.2 计算模型中系数Enm,b  54-55
  4.3 建立的昆明地区多项式电离层延迟模型精度的验证  55-60
    4.3.1 模型解算的结果  55-58
    4.3.2 区域多项式电离层延迟模型的精度分析  58-60
第五章区域多项式电离层延迟模型实用性分析  60-66
  5.1 klobuchar模型结果和标准模型的精度分析  61-62
    5.1.1 klobuchar模型计算结果  61
    5.1.2 标准模型计算的结果  61-62
    5.1.3 比较两结果在高程值方面的精度  62
  5.2 K模型与IGS网站下载的每日电离层模型的比较  62-64
    5.2.1 klobuchar模型计算结果  62-63
    5.2.2 IGS网站下载的每日电离层模型计算的结果  63-64
    5.2.3 比较两结果在高程值方面的精度  64
  5.3 区域多项式电离层延迟模型实用性分析  64-66
第六章结论与展望  66-69
  6.1 结论说明  66-67
  6.2 论文存在的问题及其展望  67-69
致谢  69-71
参考文献  71-76
附录  76-79
  附录一：攻读硕士学位期间发表的论文  76
  附录二：matlab编制计算模型系数程序代码  76-79

利用电离层延迟改正模型提高GPS高程测量值的精度的研究

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