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低高度角信号对卫星分布和对流层延迟估计影响的研究

作　者: 彭家頔
导　师: 任超
学　校: 桂林理工大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 低高度角 GPS高程对流层延迟估计几何精度因子定位精度
分类号: P228
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

目前的测绘现实是高程精度较低而平面精度较高，低高度角信号主要是影响高程方向定位精度，针对这一基本情况，对低高度角信号的传播特征和影响展开研究，是提高GPS高程定位的一个较好突破和改进。卫星信号的低高度角影响，对于信号在对流层传播过程的延迟和卫星几何强度因子这两个方面，是个平衡协调的关系，相互影响。高度角小时，观测量大，高程方向RMS值小，但解算参数多，观测噪声相对较多，分析低高度角信号对精度的影响，就应该综合考虑在对流层估计和卫星几何分布等方面的影响。本文首先分析低高度角信号在对流层估计方面的影响，在与测站相关的对流层天顶延迟比较中，考虑纬度和模型的差异，提出改进对流层估计和高程定位精度的可能性，同时也就中国境内的IGS站点观测数据，采用多时段，多跨度的范例实验数据，探讨不同截止高度角情况下，采用天顶延迟模型和映射函数解算得到的结果。其次，对不同截止角在卫星定位星座几何图形强度的影响作了对比分析，提出最优截止角的选取问题，分析在数据量少时，如何有效获取和利用低信号数据。利用IGS站的数据，总结不同截止角对对流层估计和星座几何精度因子的影响，通过数据处理分析得出相应结论。实验中使用唯一变量原则，即选择同样的气象参数，同样的对流层延迟模型和映射函数，使用同样的解算软件和参数估计方法，在截止高度角不同时，对比对流层估计的RMS和GDOP值等数据，全面研究对流层延迟和卫星几何构图的影响，总结提高精度的有效方法和最合适的截止角，并对提高GPS高程精度提出进一步深入研究的建议。通过理论分析和实例研究，得出结论为：（1）高精度解算软件对于观测数据的噪声有过滤作用，使观测数据经过了抗差处理，在估算对流层延迟RMS过程中，低高度角信号对提高精度有良好的贡献，不同截止高度角时，测站高程方向RMS值随截止角而增加。在高度角过低时由于噪声的影响，精度提高不明显。经实验总结，截止角取5°以上，对流层延迟误差和高程解算误差随截止角的增加，误差逐渐增大。在截止角过小时，误差并无很大区别。（2）低高度角信号在卫星预报系统实验分析中，对于增加观测数目提高几何强度等方面能够发挥一定作用，能提高高程方向的定位精度，但接近地面的低高度角信号效果不明显，所取截止角过低，对于提高解算质量和定位精度没有很好的作用，取截止角为5°可以改善图形强度，获得满意的定位精度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-13
  1.1 研究的背景和意义  9
  1.2 研究现状  9-11
  1.3 本文研究的目的与内容  11-13
第2章 GPS 低高度角数据分析  13-22
  2.1 GPS 数据处理软件和相应处理流程  13-16
    2.1.1 GPS 数据处理软件  13-15
    2.1.2 GPS 数据处理流程  15-16
  2.2 GPS 低高度角信号的影响与处理  16-21
    2.2.1 基线误差的精度估计  16-18
    2.2.2 GPS 高程定位及限制性因素  18-20
    2.2.3 低高度角与对流层延迟改正  20-21
    2.2.4 低高度角与卫星几何图形强度  21
  2.3 本章小结  21-22
第3章低高度角卫星信号对于对流层估计的影响  22-41
  3.1 对流层延迟  22-26
    3.1.1 对流层延迟误差特性  22-24
    3.1.2 对流层延迟改正的方法  24-25
    3.1.3 对流层延迟计算方法  25-26
  3.2 对流层延迟模型  26-30
    3.2.1 对流层改正模型 Saastamonien 模型  27-28
    3.2.2 映射函数  28-30
  3.3 气象参数  30-32
  3.4 实验分析  32-40
    3.4.1 实验数据计算处理使用的软件  32-33
    3.4.2 实验算例  33-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章低高度角卫星信号对于几何强度的影响  41-59
  4.1 几何强度相关介绍  41-43
  4.2 数据分析使用的 MATLAB 程序介绍  43-45
  4.3 实验分析  45-58
    4.3.1 纬度近似高程不同的测站上 GDOP 与低截止角的关系  47-50
    4.3.2 经度近似高程近似的测站上 GDOP 与低截止角的关系  50-53
    4.3.3 同一测站 GDOP 与低高度角的联系  53-58
  4.4 本章小结  58-59
第5章结论与展望  59-61
  5.1 本文的主要贡献  59
  5.2 展望  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文  65

低高度角信号对卫星分布和对流层延迟估计影响的研究

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