GPS誤差源-電離層延遲 (2)


電離層的概況

       信號穿過電離層,速度改變、路徑彎曲,最終影響所測出來的距離。(我們電離層改正主要是對電離層速度變化的改正,路徑彎曲在這里誤差很小幾乎不用考慮)

相速度:載波相位測量,衛星的相位在空間傳播的速度。  群速度:偽距測量,信號群傳播的速度

相速度等於真空中的光速除以在電離層中的折射率np        Ne代表電子的密度

其中Vp=c (1 +40.3Ne/f) 這里的世子感覺算出來的速度超過光速,其實是相位在電離層傳播的速度而不是實物在空間傳播的速度。

項速與群速之間的關系

項折射率與群折射率的關系

項速與群速

在求電離層延遲時 Ne電子與f的關系需要了解 建立一定的函數關系值

電子密度Ne與總電子含量TEC

1、電子密度Ne與高度的關系

電子含量取決於兩個因素 1、足夠多的中心氣體分子 支持電離 2、足夠多的能量 因此在太低和太高的地方並沒有取得最大值。

電子密度隨着時間和高程變化,所以不用其來討論,引進新的概念電子含量TEC

2、TEC :底面積為單位面積時沿信號傳播路徑貫穿整個電離層的一個柱體內所含的電子總數

 

3、TEC與地方時的關系

1、太陽出來之前,TEC較少;出來之后增加,下午三點左右達到極大值,隨着太陽下山電子與正離子碰撞又會還原一部分分子。

2、與太陽內部活動有關,黑子數觀察,波長10.7輻射地面的輻射流量測定

太陽活動時TEC含量時太陽平緩時相差4倍左右

 計算估計VTEC值(消除電離層延遲)的方法

1、全球各電離層觀測站建立的全球性的經驗公式  改正效果差

2、利用雙頻GNSS觀測值所來消除電離層延遲   改正效果最好

3、利用實際觀測模型所得到的離散的電離層延遲(或含電子量),建立模型(如內插) 改正效果好

 電離層模型和經驗改正公式

1、Bent模型  2、國際參考電離模型 3、Klobuchar模型(導航電文中系數提供八個參數,滿足單頻用戶的需要)

克羅布歇模型

 

 

假設所有電離層壓縮到中心電離層,簡化計算

模型將晚上電離層延時視為常數5ns,白天為余弦函數中正的部分 P為余弦的周期

計算地勢維度 穿刺點

 

 最后計算電離層延遲精度達到60%左右

 

 

 

雙頻改正模型

衛星以兩個頻率發出測距信號,同時發出,通過同一條路徑穿過電離層;所受的TEC相同,同一個A。

傳播的時間不一樣,所受到電離層延遲不相同,但是加上改正距離S就一樣。

當兩式相減,

 

兩個信號所測地偽距差數,可以反推算出電離層參數

 


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