【摘要】：電離層和對(duì)流層是地球大氣中的重要組成部分,它與人類(lèi)的生產(chǎn)生活密不可分。早在19世紀(jì)初,人類(lèi)就開(kāi)展了針對(duì)有關(guān)電離層和對(duì)流層的研究和探索。近年來(lái),隨著GNSS技術(shù)的興起,使許多學(xué)科技術(shù)的研究與應(yīng)用同大氣對(duì)無(wú)線(xiàn)電波傳播的影響密切相關(guān)。本文基于GNSS實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)大氣中的電離層和對(duì)流層展開(kāi)研究。在電離層研究方面,本文針對(duì)電離層層析(Computerized Tomography,CT)成像技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在的一些不足,提出一種新的電離層層析反演算法,并通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算證實(shí)了該算法的可行性;在對(duì)流層研究方面,利用IGS(International GPS Service)數(shù)據(jù)中心提供的大量GNSS實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),分析了現(xiàn)有的典型天頂對(duì)流層延遲(Zenith Tropospheric Delay,ZTD)模型的精度及適用性,并在此基礎(chǔ)上,針對(duì)一些典型ZTD模型存在的缺陷,提出了一種新的ZTD預(yù)報(bào)模型,實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析驗(yàn)證了該算法的可行性。具體的研究工作和成果如下:1)自適應(yīng)聯(lián)合迭代重構(gòu)算法是電離層層析成像中一種收斂速度較快的反演算法。但在電離層電子密度重構(gòu)過(guò)程中,該方法對(duì)迭代初值的精度要求較高。為解決以上問(wèn)題,本文提出了一種附加約束的自適應(yīng)聯(lián)合迭代重構(gòu)算法,該方法通過(guò)分析相鄰像素間的電離層電子密度變化關(guān)系,同時(shí)構(gòu)造合理的平滑約束矩陣,減弱了沒(méi)有GNSS射線(xiàn)穿過(guò)的格網(wǎng)對(duì)迭代初值精度的依賴(lài)性,有效地提高了反演結(jié)果精度。數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的反演結(jié)果證實(shí)了該算法的可行性和在重構(gòu)精度上的優(yōu)越性。2)本文利用全球36個(gè)IGS站2014年全年的ZTD數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù),分析了現(xiàn)有的典型ZTD模型的精度和適用性。其中,選取Hopfield模型、改進(jìn)的Hopfield模型、Saastamoinen模型作為有實(shí)測(cè)氣象參數(shù)的ZTD代表模型;選取SHAO模型作為無(wú)需實(shí)測(cè)氣象參數(shù)的ZTD代表模型。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明:在有實(shí)測(cè)氣象參數(shù)時(shí),以上四種ZTD模型的改正精度達(dá)到了厘米量級(jí);但在無(wú)實(shí)測(cè)氣象參數(shù)環(huán)境下,除SHAO模型外,其余三種ZTD模型的精度較差,不宜用于對(duì)流層延遲改正,且Hopfield模型受高海拔環(huán)境影響較重,不宜當(dāng)作較高測(cè)站環(huán)境下的ZTD預(yù)報(bào)模型。3)針對(duì)上述幾種ZTD模型存在的缺陷,本文基于GNSS實(shí)測(cè)ZTD序列,提出一種無(wú)需實(shí)測(cè)氣象參數(shù)的對(duì)流層延遲建模與預(yù)報(bào)方法。首先利用頻譜分析,得到ZTD時(shí)間序列周期特性,并在此基礎(chǔ)上對(duì)ZTD進(jìn)行建模,給出模型參數(shù)計(jì)算方法。其次,基于頻譜分析模型擬合ZTD,并與IGS站提供的ZTD值進(jìn)行比較。最后,利用AR(Auto Regressive)模型,將分析得到的擬合殘差進(jìn)行改正并預(yù)報(bào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于頻譜分析和AR補(bǔ)償?shù)腪TD改正預(yù)報(bào)模型能夠滿(mǎn)足不同測(cè)試環(huán)境下的需求,精度可達(dá)厘米量級(jí)。
【圖文】：

究?jī)?nèi)容間大氣中各層大氣之間的作用關(guān)系，提，本文基于 GNSS 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)地球大行了系統(tǒng)研究。個(gè)方面的工作：一是針對(duì)目前常用的電離新的三維電離層層析反演算法，為解決方據(jù)模擬和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果證實(shí)了新三維電子密度的分布狀態(tài)作了分析。二是典型對(duì)流層延遲模型進(jìn)行了精度比較；針?lè)N基于 AR 補(bǔ)償?shù)膶?duì)流層延遲預(yù)報(bào)模型驗(yàn)證了本文提出的方法的可行性。論文的

電離層層析原理與方法.1 層析原理電離層層析是將電離層空間劃分成一定尺度的三維網(wǎng)格，視每一個(gè)網(wǎng)格的電量，并將三維網(wǎng)格中的電子密度設(shè)為待求參數(shù)；以電離層斜距TEC 為觀(guān)測(cè)量[.13)所示： , lTEC Ne r t ds ，Ne為 GNSS 星地間信號(hào)傳播路徑上各格網(wǎng)的電子密度；r 代表格網(wǎng)的空間；l為 GNSS 星地之間的信號(hào)傳播路線(xiàn)。根據(jù)斜路徑計(jì)算其穿過(guò)的格網(wǎng)，，如圖：衛(wèi)星軌道
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)沙理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：P228.4

【參考文獻(xiàn)】

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2 黃文德;王威;郗曉寧;;導(dǎo)航衛(wèi)星廣播星歷誤差特性頻域分析及預(yù)報(bào)模型[J];中國(guó)空間科學(xué)技術(shù);2010年03期

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1 曲偉菁;中國(guó)地區(qū)GPS中性大氣天頂延遲研究及應(yīng)用[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海天文臺(tái)）;2007年

本文編號(hào)：2564785