用于GNSS信号源的大气延迟模型建立方法研究

对流层是地面以上40km范围内的大气,集中了约75％的大气质量和90％以上的水汽质量。属于非弥散介质。对流层延迟包括干分量和湿分量。千分量是由干燥空气引起的,占对流层延迟误差的90％左右,并且可以非常准确地预测。湿分量是由水蒸气引起的,在大气中分布具有不确定性,较难预测。     

微波电离层传播特性研究

微波易于实现窄波束定向通信,其在电离层中的传播时受大气折射的影响,波束传播的方向会产生弯折。因此,微波的传播特性主要由大气折射率的变化决定,而大气折射率与相应传输层面的电子浓度有关。通过对线性条件下电离层临界频率和大气折射率公式的推导,并结合电离层电子浓度经验分布模型对电子浓度和大气折射率进行数值模拟,进而对电离层大气折射率的高度剖面图及其变化特性进行了分析,为微波卫星链路传播提供了理论参考。     

电离层延迟对分布式SAR编队相对定位的影响

建立星载GPS单层电离层延迟模型,利用CHAMP卫星双频GPS观测资料确定的单层投影高度为580 km.仿真分析了电离层延迟对分布式SAR编队CDGPS(载波相位差分GPS)相对定位的影响,主要分析结果表明:在mm量级的星间相对定位中,电离层延迟影响不可被忽略;太阳活动对相对定位的影响显著,当星间距离取1 km,在太阳活动强年,由差分电离层延迟引起的相对定位误差达到8.5mm,是太阳活动弱年的2倍.     

局域精密大气建模及分析

局域精密大气建模技术对精密单点实时动态定位（PPP-RTK）技术实现快速模糊度固定具有重要意义。以西安地区自建监测站的大气延迟数据作为数据源,使用线性拟合法作为建模方法,获取西安地区的大气延迟分布模型并对模型精度进行评估。结果表明,使用线性拟合法及区域测站大气延迟数据进行区域精密大气建模具有可行性;线性拟合法得到的区域大气模型对流层精度为7 mm,电离层精度为1.44 cm。     

电波大气折射误差精细化修正系统设计与验证

针对高轨卫星S/Ka频段厘米级高精度测距系统大气折射误差修正需求,设计了可工程化实现的大气折射误差精细化修正系统.系统主要通过基于微波辐射计的微弱微波辐射信号接收技术、自定标技术、湿延迟模型构建、折射率模型构建提高对流层环境探测精度,通过基于GNSS硬件延迟估计技术研究提高电离层环境探测精度,进而提升大气折射误差修正精度.在我国青岛、海口、昆明、拉萨及满洲里五个典型气候地区的试验数据分析表明：对流层折射率误差均方根偏差约为3.64 N单位,较大的地区为海口和青岛,分别为6.3 N单位和5.2N单位,且试验期间不同时刻的折射率误差差距较大,体现了沿海地区气候时空变化较为明显的特性;电离层垂直电子总含量平均值为1.19 TECU,较大的地区为昆明和海口,分别为1.4 TECU和1.92 TECU,体现了低纬度地区电离层变化较为剧烈的特性.大气折射误差精细化修正系统可以提供高精度的对流层、电离层折射修正值,验证内容和结果具有代表性,可以为高轨卫星高精度测定轨提供支持.     

用微波辐射计测量大气湿延迟和频率选择

采用具有最佳频率组合的双通道微波辐射计测量大气湿延迟,由于是在测量路径上实时获得测量信息的,测 量结果可反映大气时变特性和水平不均匀性,同时可消除云中液态水对湿延迟的“过量”估计。因此,用于电波折射误 差修正和解算大气积分水汽(或可降水量PWV )可有很高的精度。由历史气象探空数据分析,得出权函数随高度变化小 的频率对在不同气候区或地区不同,工作在最佳频率对时,在5km 以下高度权函数相对变化可小于5%。     

星载激光测高仪大气干项延迟校正

星载激光测高仪发射的激光脉冲在通过地球大气层时发生折射,导致激光路径的延长,为了获得高精度的测距结果,必须对大气延迟进行修正;而大气干项延迟在大气延迟中占主导作用,仅由测量位置的地表大气压力决定。通过推导静态大气在非理想气体条件下的流体静力学方程,得出地表气压与位势高度有关的大气压力模型,结合NCEP基于标准大气压层的气象数据和GLAS测量的时间经纬度和高程数据,对位势高度使用4阶Runge-Kutta算法进行数值积分得出地表气压,进而计算大气干项延迟。通过该方法和NCEP地表气压估计得出的干项延迟分别与GLAS官方公布的干项延迟对比,该方法计算结果的趋势与准确程度均占优,且最大干项延迟误差小于2 cm。证明通过流体静力学方程数值积分计算地表气压的方法能够得出对星载激光测高仪较为准确的大气干项延迟。     

电离层与对流层模型对北斗RAIM可用性的影响分析

电离层和对流层是卫星导航系统测量的主要误差源,也是北斗卫星导航系统可用性变化的重要因素。采用星历数据仿真分析了电离层和对流层延迟误差模型对北斗导航系统RAIM可用性的影响,特别分析了不同对流层模型对民用航空的影响。实验表明电离层和对流层的延迟误差分别为0~14.5 559 m及0~23.7 796 m,且在民用航空的非精密进近阶段,用Saastamoinen模型、UNB3模型及Hopfield模型分别作为北斗的对流层误差模型的RAIM可用性分别为99.308%、92.041 5%和100%,相比较Hopfield模型更适合作为北斗卫星导航系统的对流层模型,能满足民用航空的99.9%RAIM可用性要求。     

低频天波传播预测与低电离层模式参数的测定

在理想化的均匀球面通过进一步地与具有突变边界的均匀各向同性同心球面电离层条件下的LF天波全波解的基础上，考虑由海陆之差引起的地面导电率的变化、大气和低电离层的不均匀性以及由地磁场引起的各向异性特性等因素的影响，推导出了较严格预测实际地与低电离层条件下场强与传播相延精确预测的完善公式。 给出了一些低电离层模式参数的实测结果。这些模式参数为参考高度h0、参考浓度N0与梯度参数α。由罗兰－C天波信号场强与相位的精细测量数据求得的。     

低仰角对流层散射斜延迟实时估计方法

针对缺乏气象数据情况下低仰角对流层散射斜延迟的实时估计问题,该文提出一种基于射线描迹的对流层斜延迟估计方法。该算法利用UNB3m模型获取大气气象参数,建立了对流层大气折射率剖面模型,克服了气象数据对射线描迹法中折射率计算的限制。选取亚洲地区8个国际GNSS服务(International GNSS Service, IGS)测站2012年的实测气象数据,计算对流层大气折射率剖面,验证了对流层延迟模型的精度小于25 mm;选取基线距离适宜的3个测站分成3组散射通信比对站,利用射线描迹法计算了其在0--5 入射角下全年的斜延迟,计算结果表明：3组比对站最大单向传输斜延迟为22.38-- 48.37 m;在进行双向时间比对相互抵消95%的情况下,时间延迟为3.73 --8.07 ns。     

星载激光测高仪大气传输延迟对测距精度的影响

地球表层的大气折射可对激光测高仪的激光脉冲传输造成延迟,该延迟对激光飞行时间的测量精度以及地球表面三维轮廓的监测造成显著影响.因此,激光测高仪测距精度需要通过大气传播误差函数进行修正.着重讨论了激光脉冲基于天顶延迟的计算方法和相关映射函数模型的选择,并采用NMF连分式映射函数分别对干项和湿项进行计算.结果表明,在1.0...     

基于连接层的天波雷达高度估计算法研究

天波雷达具有探测距离远、覆盖范围大的优点,在对远距离目标探测方面具有显著优势,受到广泛关注。目前天波雷达主要是通过微多径模型来估计目标高度信息。其中,基于匹配场处理算法得到了较好的目标高度信息,但该算法忽略了电离层的连接层。该文注意到忽略连接层的电离层模型是不连续的,而实际的电子浓度是连续变化的,因此不考虑连接层的电离层模型与实际情况不符,会影响目标高度估计的性能。基于该考虑,提出了基于电离层连接层模型的改进的天波雷达高度估计算法。该方法首先建立了与实际相符的含连接层的电离层模型,使其电子浓度连续平滑变化,在此模型上进行高度估计,得到更好的效果。仿真结果表明,与已有方法相比,该文的高度估计精度更高,收敛速度更快,在第6个驻留周期高度估计误差就可收敛至1km以内,平均误差为715m,而有关文献中的高度估计误差在第26个驻留周期才可收敛至1km,平均误差为1 456m。     

基于WRF模式预报的微波湍流特性研究

大气湍流对对流层内微波的传播具有重要影响,正确认识大气湍流的特性有助于提高电波传播模型预测的准确性和可靠性. 本文利用天气数值预报（weather research and forecasting,WRF）模式预测气象要素,计算微波波段大气折射率结构常数,研究对流层内大气湍流的时空分布特性,并探讨其与温度、相对湿度和修正大气折射率的变化关系. 研究表明:近海面微波湍流强度具有明显的日变化特征;对流层内微波湍流的垂向结构具有较为明显的分层;大气环境出现逆温减湿现象,湍流活动较强. 这些研究成果可为微波在大气环境中传播的准确预测提供理论支持.     

无线电掩星技术及其应用

详细介绍无线电掩星技术作为20世纪90年代中期局长起来的星载地球大气遥感高新技术的国际发展态势，给出其应用于探测从地面至800km高空大气和电离层参量的科学原理和方法，有关的掩星仿真，观测及其与其他观测技术对比的结果，讨论了掩星技术的应用及其正在改善和发展的几个主要方面。     

基于济南地区的对流层湿延迟模型对比研究

为提高济南地区对流层路径湿延迟测量精度,改善此地区大气折射修正误差,进一步提高该地区导航、定位、测控雷达等无线电测控系统的精度和性能,文中以济南站全球电信系统（Global Telecommunications System,GTS）探空数据计算的天顶湿延迟、斜路径湿延迟为比较基准,比较分析了利用Marcor技术、Hopfield模型、Ifadis模型所得到的对流层天顶湿延迟和斜路径湿延迟.比较结果表明:利用Marcor技术所得到的天顶湿延迟和斜路径湿延迟比其他模型得到的精度高,且仰角越低,斜路径湿延迟相对精度越高.这表明Marcor技术在济南地区具有很强的适用性,是获取高精度对流层湿延迟有效手段之一,有望逐步取代气象探空技术在工程中应用.     

卫星导航系统电离层误差分析

电离层延迟误差是卫星接收机的主要测距误差之一。电离层延迟误差具有多变性,不易准确描述。电离层延迟误差求解方法主要有单频接收机修正方法、双频接收机修正方法。选择单频接收机修正方法,易于实施,可部分消除电离层延迟误差;若需完全消除电离层延迟误差,获得高精度测距结果,可通过双频接收机修正方法实现。     

空间目标监视雷达大气折射修正技术研究

无线电波在大气层中传播时,大气介质的不均匀分布会对电波产生折射效应,从而影响雷达的探测精度。对于航天目标的雷达探测,影响无线电波的介质主要是电离层。本文利用实时TEC数据同化的方式,建立了电离层电子密度现报模型,实现了电离层折射率剖面的实时构建。在此基础上,利用射线描迹法完成了航天目标雷达探测的折射误差修正。结果表明,相对于单纯使用电离层经验模型-国际参考电离层(International Reference Ionosphere, IRI)模型,利用电离层同化现报模型建立的电离层折射率剖面可大大提高折射误差修正的精度。     

典型区域气候下的D-InSAR大气形变误差分析

利用单站全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)精密单点定位原理(Precise Point Positioning, PPP)解算天顶方向的对流层大气天顶延迟, 并对其一天内的变化进行统计平均, 结合经典的Kolmogorov-Obukhov“2/3”扰动理论和随机场理论, 基于对流层天顶延迟与大气折射率的时变相关性获得大气结构常数的平方C_n2, 通过计算我国北京、上海、昆明、乌鲁木齐四个典型区域在不同时间的C_n2, 评估各区域大气环境的湍流特性对不同基线长度的合成孔径雷达差分干涉(Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar, D-InSAR)系统形变误差的影响.计算结果表明:对于基线距离较长的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)系统来说, 大气湍流的影响不容忽略, 尤其是当大气结构常数的数量级在10-14 m-2/3以上时, 形变误差基本会达到厘米级.准确获取雷达成像时间内的大气结构常数, 对进一步降低D-InSAR系统的形变误差起到举足轻重的作用.     

大气扰动对深空通信天线组阵性能的影响

利用单站GNSS精密单点定位原理(Precise Point Positioning, PPP)解算天顶方向的对流层大气天顶延迟, 并对其一天内的变化进行统计平均, 结合经典的Kolmogorov-Obukhov“2/3”扰动理论和随机场理论, 基于对流层天顶延迟与大气折射率的时变相关性获得大气结构常数C_n, 并分析了不同大气扰动强度下的二元天线阵大气相位误差.通过计算我国北京、上海、昆明、乌鲁木齐四个甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry, VLBI)深空站处不同时间的C_n2, 评估各站点大气环境的扰动特性对X/Ka频段天线阵系统工作性能的影响, 统计结果表明:除了北京、乌鲁木齐站在1月份的相位误差相对较小外, 各站其他时间在Ka频段的相位误差大多数达到25°以上, 北京的7月和上海的4月甚至高达50°以上, 会严重降低天线阵信噪比合成性能, 影响地面站与深空探测器之间的大容量通信.     

边界层气溶胶类型对中红外光波传输的影响

主要利用MODTRAN5.0分析了2~5μm波段五种类型的边界层气溶胶对整层大气透过率的影响及背景对流层气溶胶对高空上行传输背景下透过率的影响。结果表明:对于2~5μm波段的整层大气,在2.0~2.5μm及3.5~4.0μm波段气溶胶对大气透过率的影响较大,且相同背景下大气能见度越低,气溶胶对大气透过率的影响越大,因此,计算整层大气透过率时不仅需要考虑气溶胶类型对透过率的贡献,同时需要考虑能见度对透过率的影响;对于高空上行传输背景下的大气,绝大多数波段内的透过率随着初始高度的增加而增加,且两种类型下的背景对流层气溶胶下的最大透过率相对不考虑气溶胶时分别降低了9.25%及8.97%,就其绝对偏差而言,计算高层大气透过率时可以不考虑背景对流层气溶胶类型的影响。因此对于地基测量系统需要考虑边界层气溶胶对其辐射的衰减,尤其是能见度较低的时候;对于机载光电系统气溶胶对其能量衰减小,尤其在10 km以上传输高度,且适当地提高初始传输高度可以减小大气对其衰减。