GPS误差源-电离层延迟 (2)


电离层的概况

       信号穿过电离层,速度改变、路径弯曲,最终影响所测出来的距离。(我们电离层改正主要是对电离层速度变化的改正,路径弯曲在这里误差很小几乎不用考虑)

相速度:载波相位测量,卫星的相位在空间传播的速度。  群速度:伪距测量,信号群传播的速度

相速度等于真空中的光速除以在电离层中的折射率np        Ne代表电子的密度

其中Vp=c (1 +40.3Ne/f) 这里的世子感觉算出来的速度超过光速,其实是相位在电离层传播的速度而不是实物在空间传播的速度。

项速与群速之间的关系

项折射率与群折射率的关系

项速与群速

在求电离层延迟时 Ne电子与f的关系需要了解 建立一定的函数关系值

电子密度Ne与总电子含量TEC

1、电子密度Ne与高度的关系

电子含量取决于两个因素 1、足够多的中心气体分子 支持电离 2、足够多的能量 因此在太低和太高的地方并没有取得最大值。

电子密度随着时间和高程变化,所以不用其来讨论,引进新的概念电子含量TEC

2、TEC :底面积为单位面积时沿信号传播路径贯穿整个电离层的一个柱体内所含的电子总数

 

3、TEC与地方时的关系

1、太阳出来之前,TEC较少;出来之后增加,下午三点左右达到极大值,随着太阳下山电子与正离子碰撞又会还原一部分分子。

2、与太阳内部活动有关,黑子数观察,波长10.7辐射地面的辐射流量测定

太阳活动时TEC含量时太阳平缓时相差4倍左右

 计算估计VTEC值(消除电离层延迟)的方法

1、全球各电离层观测站建立的全球性的经验公式  改正效果差

2、利用双频GNSS观测值所来消除电离层延迟   改正效果最好

3、利用实际观测模型所得到的离散的电离层延迟(或含电子量),建立模型(如内插) 改正效果好

 电离层模型和经验改正公式

1、Bent模型  2、国际参考电离模型 3、Klobuchar模型(导航电文中系数提供八个参数,满足单频用户的需要)

克罗布歇模型

 

 

假设所有电离层压缩到中心电离层,简化计算

模型将晚上电离层延时视为常数5ns,白天为余弦函数中正的部分 P为余弦的周期

计算地势维度 穿刺点

 

 最后计算电离层延迟精度达到60%左右

 

 

 

双频改正模型

卫星以两个频率发出测距信号,同时发出,通过同一条路径穿过电离层;所受的TEC相同,同一个A。

传播的时间不一样,所受到电离层延迟不相同,但是加上改正距离S就一样。

当两式相减,

 

两个信号所测地伪距差数,可以反推算出电离层参数

 


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