反演TEC.ppt

电磁波信号在穿过电离层时，传播速度会发生变化，传播路径也会略微弯曲，从而使得信号的传播时间τ乘上真空中的光速c后得到的距离ρ不等于从信号源至接收机天线相位中心的几何距离R。这种差异从数米到数十米不等，差异较大。因此，在GPS导航定位解算中，必须仔细地加以改正。 在GPS动态测量中,GPS往往需要进行大尺度、高动态测量。在进行数据处理时,单纯依靠差分的方法很难使测量精度突破亚米级的水平。理论分析表明,导致这一精度瓶颈的主要原因是差分后大气折射效应的残差影响依然较大,其主要成分是电离层残差。针对这一问题,许多专家学者都指出:采用精度较高的电离层模型先对观测量进行修正,再进行差分求解可以有效提高解精度。 电离层单层模型(SLM)是假定电离层中所有的自由电子都集中在一个厚度为无限薄的单层上,单层距地面的高度一般取350~400km。 中心电离层 当卫星不在测站的天顶时，信号传播路径上每点的地方时和纬度不同，我们要对每个微分段ds分别计算，算出总的电子含量TEC。计算将会十分复杂，所以我们将电离层压缩为一个单层，将整个电离层的自由电子都集中到该单层上，这个单层就称为中心电离层。 中心电离层 在仅考虑 项的情况下，电磁波在电离层中传播时所受到的电离层延迟改正量的大小可表示为： 式中，Ne为对应积分单元处的电子密度，单位为电子数/m3；f为信号频率；S为信号传播路径。 由于电子密度Ne是高度H和地方时t的函数，如果直接对电子密度沿传播路径积分计算，将使问题变的较为复杂。为了将问题简单化，我们引入总电子含量TEC。 总电子含量TEC 电离层总电子含量(TEC)的物理含义是:电离层中单位面积柱体内电子个数。故TEC可以通过对传播路径上的电离层电子密度Ne进行积分得到: 总电子含量TEC 卫星信号所受到的电离层延迟与信号的频率f的平方成反比。如果卫星能同时用两种频率来发射信号，那么这两种不同频率的信号就将沿着几乎相同的路径到达GPS接收机天线。通过精确测定这两种频率的信号到达接收机天线的时延差，就能反推出信号传播路径上的总电子含量，这就是利用GPS进行电离层观测的基本原理。 利用GPS双频观测量计算TEC 这种方法的观测量是GPS接收机录取的双频P码伪距。 对于L1和L2上的P码伪距观测量(视在距离)可用下列方程组描述 根据双频GPS伪距观测方程并联合式一和式二，可以得到利用双频伪距观测量计算传播路径上的TEC的公式： 式中， 为常数， f1、f2分别为L1、L2的信号频率;P1、P2分别为两个频率上的伪距观测值。 双频伪距法 利用载波相位也可以获得观测站到GPS卫星的视在距离, 并且由于GPS接收机对L1 载波和L2 载波的观测精度分别可达2mm和2. 5mm, 可视为无噪声观测, 因此可以获得精度很高的TEC解。 GPS双频载波相位观测量可以描述为: 采用载波相位观测值计算传播路径上的TEC的公式为： TEC=k.(λ1?1-λ1?1)+k.(λ1N1-λ1N1) 式中，N1和N2分别为相位观测值?1和?2的模糊度 双频载波相位法