大气延迟改正模型在GPS定位测量中的精度分析

刘锋

西安铁路职业技术学院土木工程系（710600）

大气延迟改正模型在GPS定位测量中的精度分析

刘锋

西安铁路职业技术学院土木工程系（710600）

对三种对流层延迟改正模型进行分析，与不加对流层延迟改正模型的精度比较。在获取相应的数据后，对GPS数据进行预处理，利用得到的数据进行对比分析，通过分析了解三种模型的优缺点，以及不加对流层延迟改正的后果。可知UNB3为三种模型中精度最好的一个，对流层延迟误差是GPS信号在传播路径上的主要误差。霍式模型与Saas模型的精度较为接近。

UNB3模型；Hopefield模型；Saas模型；GPS单点定位

0 引言

当GPS卫星信号在经过地球外部的大气层传播至地面上的GPS接收机时，无线电信号必定要受到电离层和对流层大气折射的影响。而随着高度的降低，大气密度的不断增加，其对流层延迟就会逐渐增大。有关对流层延迟的改正方法,国内外的学者作了大量的研究,并提出了很多方法,如模型改正法、差分法、参数估计法等。在GPS的各种定位中应用比较广泛的对流层改正模型有Hopfield模型、Saas模型、Black模型等。

1 大气延迟改正模型

1.1 Hopefield模型

Hopfield模型是用全球气象探测资料进行分析，在该模型中大气层分为对流层和电离层两层。在对流层中，大气温度下降率被假设成一个根据观测资料得到的常数。模型采用以下公式:

1.2 Saastamoinen模型

在Saastamoinen模型中，把地球的大气分为3层:对流层是从地面到10 km左右高度处的对流层顶，其气体温度假设为6．8°C／km递减率；第二层是从对流层顶到70 km左右的平流层顶，其中把大气温度假设成常数；70 km以外是电离层。模型采用公式为:

1.3 UNB3模型

UNB3模型跟GPS对流层延迟和其他改正模型一样，可分为干延迟和湿延迟两部分。任意方向上的GPS对流层延迟改正可用下式表示:

2 算例分析

算例数据来源于SOPIC网站下载的WUHN和BJFS站的观测数据。试验采用附加三种对流层改正模型以及不加对流层改正模型的改正程序来进行数据处理。表1为P268点与P188两个参考站的真实坐标。

表1 参考站的真实坐标

上述所得数据所做四组数据X、Y、Z坐标差最大值和最小值以及中误差如表2所示。

通过上述图表及数据得到以下结论：Hopefield模型和Saas模型对对流层误差改正有很好的相关性呈相同的变化趋势；UNB3模型总体上要优于另外两种模型；在数据二次结算后发现Saas模型的中误差要小于Hopefield模型的中误差，说明Saas模型要略微优于H模型；通过试验数据看出对流层延迟的误差主要影响的是X、Y坐标，在H方向上的影响不大。

表2 坐标差最大值和最小值以及中误差

[1]曲伟菁,朱文耀,宋淑丽,等.三种对流层延迟改正模型精度评估[J].天文学报,2008,49:113-122.

[2]葛茂荣,刘经南.GPS定位中对流层折射估计研究[J].测绘学报,1996,25(4):285-391.

[3]初东,王刚:GPS天线相位中心偏差的数学模型[J].测绘工程,2000,9(4):55-57.

[4]欧吉坤.GPS测量中的大气折射改正的研究[J].测绘学报, 1998,18(1):23-30.

[5]李成钢,黄丁发,等.GPS/VRS参考站网络的对流层误差建模技术研究[J].测绘科学,2007,32(4):29-32.