發(fā)布時間：2020-08-19 11:26

【摘要】：大氣折射率隨高度變化的剖面分布包括三維分布是評估大氣折射率效應(yīng)的基礎(chǔ)條件數(shù)據(jù),同時它們也是大氣科學(xué)研究和氣象業(yè)務(wù)研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),因此對大氣折射率的剖面研究在導(dǎo)航、定位以及大氣科學(xué)方面都具有一定意義。在導(dǎo)航定位方面,可以為衛(wèi)星導(dǎo)航定位解算提供精確的對流層延遲改正模型從而提高定位解算精度。在大氣氣象科學(xué)方面,有助于實現(xiàn)實時或者近實時的對流層大氣折射指數(shù)變化。大氣觀測數(shù)據(jù)的探測手段,除了最廣泛使用的建立在地球表面上進行常規(guī)地表氣象觀測的地面氣象站以外,還包括很多遙感技術(shù),例如利用無線電探空氣球、氣象衛(wèi)星、微波雷達等等。這些探測技術(shù)都有著各自的優(yōu)點,但是也都存在一定的缺陷,在觀測精度、時空分辨率、觀測條件等方面無法同時滿足現(xiàn)在的需求。隨著衛(wèi)星技術(shù)的飛速發(fā)展,GNSS氣象學(xué)的研究逐漸發(fā)展起來,和傳統(tǒng)的探測手段相比較,地基GNSS大氣探測手段具有全天候、實時探測以及全天候觀測等優(yōu)點。而單站地基GNSS反演探測手段,在進行大氣折射率探測的過程中不需要大量歷史數(shù)據(jù)作為支撐,這有助于實現(xiàn)大氣折射率的實時探測。因此,本文通過對單站地基GNSS探測大氣折射率剖面的技術(shù)進行理論系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和研究,主要研究內(nèi)容及工作如下:1、學(xué)習(xí)了地基GNSS探測反演大氣氣象參數(shù)的過程和方法,包括地基GNSS氣象學(xué)反演方程、對流程延遲估計模型、單站地基GNSS估計對流層延遲等。2、對單站地基GNSS反演大氣折射率技術(shù)進行了研究,其反演過程是先通過精密單點定位技術(shù)解算得到對應(yīng)地面測站的相關(guān)基礎(chǔ)信息,包括測站位置、地面測站的基礎(chǔ)大氣參數(shù)以及對流層延遲數(shù)據(jù)。接著利用單站地基GNSS反演大氣折射率技術(shù)實現(xiàn)了大氣折射率參數(shù)反演算法,得到大氣折射率剖面。3、對單站地基GNSS反演大氣折射率剖面的方法進行了實驗驗證,并將該實驗結(jié)果和氣象探空數(shù)據(jù)進行分析對比,驗證了算法的有效性。實驗結(jié)果表明,利用單站地基GNSS探測大氣折射率剖面時,大氣折射率干項的反演精度可以達到1.3N左右,而濕項的反演精度在8到10N,所以需要進一步優(yōu)化處理。4、對單站地基GNSS反演大氣折射率剖面的優(yōu)化方法進行了研究。大氣折射率干項的反演方程以對流層層頂為分界,通過建立分段模型,優(yōu)化后的大氣折射率干項的反演結(jié)果精度提高至1N以內(nèi)。大氣折射率濕項的反演方程以大氣水汽密集層層頂和大氣水汽層層頂為分界,通過建立分段模型,優(yōu)化后的大氣折射率濕項的反演結(jié)果精度提高了 1N左右。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P228.4;P412;TN011
【圖文】：

ＧＮＳＳ探測大氣氣象的手段又可以細分為山基ＧＮＳＳ掩星觀測、ＧＮＳＳ三維逡逑層析法、單站ＧＮＳＳ反演法、機載ＧＮＳＳ掩星探測法以及星載ＧＮＳＳ掩星探測逡逑法，相關(guān)分類如圖１－１所示。逡逑ＧＮＳｌ氣象r-逡逑１邋ｒ邋ｎ逡逑地基ＧＮＳＳ邐空基ＧＮＳＳ逡逑氣象學(xué)邐氣象學(xué)逡逑／Ｉ邋＼邋Ｉ邋Ｉ逡逑圖１－１邋ＧＮＳＳ氣象學(xué)探測手段分類逡逑ＧＮＳＳ探測大氣剖面的基本原理是當電磁波信號穿過大氣層時，大氣環(huán)境會逡逑直接影響電磁波的傳播特性，并且會發(fā)生衍射、散射等物理過程，通過對這些影逡逑響的綜合效應(yīng)進行分析研究，可以很好得探測從地面的邊界層至上千米高空中的逡逑大氣氣象數(shù)據(jù)。電磁波信號穿過整個大氣層時，由于大氣介質(zhì)的影響，信號在傳逡逑播過程中，傳播速度以及傳播路徑都會發(fā)生變化。尤其是當電磁波信號穿過對流逡逑層和電離層的時候，傳播速度不等同于光速，因此將會造成附加時延以及傳播射逡逑線的彎曲，這將形成大氣折射效應(yīng)。大氣折射效應(yīng)將會對無線電觀測系統(tǒng)的觀測逡逑２逡

及模型改正，可以很好地提高衛(wèi)星導(dǎo)航定位結(jié)果的精度，同樣反過來，探測到的逡逑對流層延遲可以用于研宄對流層的折射率剖面，也就是折射率隨高度的變化曲線。逡逑圖３－１表示了各種探測工具在大氣層中運行的大概位置。逡逑ＳＴＲＭ邋Ｊ逡逑卩邐０邋榦ＭＲ逡逑ＴＲＯＰＯＳＰＨＥＲＥ邋產(chǎn)逡逑ｍ逡逑圖３－１各種探測工具在大氣中的運行位置逡逑１７逡逑

‘＝r2邐（４－４０）逡逑根據(jù)式４－４０便可以直接得出／／ｗｅ的值，從而得到大氣折射率濕項的剖面。逡逑４．３．３反演實驗及結(jié)果逡逑為了驗證利用單站地基ＧＮＳＳ反演大氣折射率剖面結(jié)果，選取了邋２０１４年２逡逑月２３號到２８號６天的香港站觀測數(shù)據(jù)進行解算，同時為了說明結(jié)果的有效性，逡逑將采用反演方法得到的大氣折射率剖面結(jié)果與探空結(jié)果經(jīng)過進行對比。因為探空逡逑數(shù)據(jù)只發(fā)布每天０點和１２點的結(jié)果，因此選擇對應(yīng)時間點的探測反演結(jié)果進行逡逑對比。２月２５號０點和１２點的千項結(jié)果對比如圖４－２和４－３所示，濕項結(jié)果對逡逑比如圖４－４和４－５所示，２月２７號０點和１２點濕項結(jié)果對比如圖４－６和４－７所逡逑示。圖中紅色曲線表示的是單站地基ＧＮＳＳ反演大氣折射率剖面結(jié)果，藍色曲線逡逑表示的是探空探測結(jié)果的大氣折射率剖面結(jié)果。逡逑３０邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐１邐逡逑

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本文編號：2797037