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GPS原理及其应用 第八讲 GPS测量误差源 主讲：张小红 GPS原理及其应用 GPS测量定位的误差源 GPS原理及其应用 §4.5 电离层延迟 GPS原理及其应用 GPS测量定位的误差源 电离层延迟 地球大气结构 地球大气结构 地球大气层的结构 GPS原理及其应用 GPS测量定位的误差源 电离层延迟 大气折射效应 大气折射效应 • 大气延迟 – 信号在穿过大气时，速度将发生变化，传播路径也将发 生弯曲，称为大气延迟。 – 在GPS测量定位中，通常仅考虑信号传播速度的变化 • 色散介质与非色散介质 – 色散介质：信号在介质中的传播速度与频率有关 – 非色散介质：信号在介质中的传播速度与频率无关 – 对GPS信号来说，电离层是色散介质，对流层是非色散 介质 GPS原理及其应用 GPS测量定位的误差源 电离层延迟 大气折射效应 电离层延迟 • 电离层是高度在60～1000km之间的大气层。在太阳紫外线、 X射线和高能粒子等作用下，该区域中中性气体被电离产生 大量的电子和正离子，形成了一个电离区域。电磁波信号 在穿过电离层时传播速度会发生变化，变化程度取决于电 子密度和信号频率 • 这就使得信号传播时间与光速c的乘积所得的距离中含有误 差，对GPS来说，这种差异在天顶方向可达十几米，在高度 角为5度时可超过50米。在中纬度地区，传播路径上的电离 层延迟一般在9～45m之间变动 GPS原理及其应用 GPS测量定位的误差源 电离层延迟 相速与群速 相速与群速 • 相速 λ f 假设单一频率电磁波在空间传播，其波长为 ，频率为 v v λ f 该电磁波相位的速度 ，有 ⋅ =其中相位的速度又简称为相速。 ph ph c 相速和相折射率关系：v ph n ph 10-6-10-7 10-9 10-10 c c c 2 3 4 相折射率：n 1=+ + + +... ph f 2 f 3 f 4 其中c2 , c3 , c4 ,...等与电子密度、电子质量、电子所带电荷等有关,与频率无关。 c 2 近似地可取: n 1=+