衛(wèi)星軌道計(jì)算[文檔在線提供]

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1、一. GPS觀測量接收機(jī)在觀測相位和偽距數(shù)據(jù)的同時(shí)，還將廣播星歷和預(yù)報(bào)星歷記錄下來。接收GPS信號還能獲取納秒級精度的時(shí)間基準(zhǔn)信號。由于接收機(jī)的型號很多，廠商設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)格式各不相同，國際上為了能統(tǒng)一使用不同接收機(jī)的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了 一種與接收機(jī)無關(guān)的 RINEX(The Receiver Independent Exchange Format)格式，目前已使用2號版本。下面分別介紹 RINEX 2格式的廣播星歷文件、觀測數(shù)據(jù)文件、和地面氣象數(shù)據(jù)文件。RINEX 2格式的GPS數(shù)據(jù)文件的命名規(guī)則為：ssssd d .cyfy t其中：ssss以4個(gè)字節(jié)表示的臺(tái)站名；ddd文件中第一組數(shù)據(jù)觀測時(shí)間的年

2、積日(例如：1月1日為001, 2月2日為032)；f該站該日收到的某類文件的順序號，0表示只有一個(gè)；yy以兩位數(shù)表示的年(例如：96表示1996年)；t文件種類：O觀測數(shù)據(jù)文件； N廣播星歷文件； M地面氣象數(shù)據(jù)文件。為了便于交流，RINEX 2格式的GPS數(shù)據(jù)文件均以無帶標(biāo)； ASCII碼；每個(gè)記錄長度為80個(gè)字符，塊大 小為8000;錄制在磁帶上，磁帶上的第一個(gè)文件是全部文件的目錄。但目前國際上的IGS等組織是通過通訊方式(In ternet網(wǎng))，來快速地提取全球 GPS長年觀測站數(shù)據(jù)的，并將數(shù)據(jù)存在大型計(jì)算機(jī)中，使用著可通過In ternet網(wǎng)任意提取。應(yīng)注意，在RINEX 2格式的G

3、PS數(shù)據(jù)中，時(shí)間均以GPST計(jì)，即與UTC要差一個(gè)整數(shù)跳秒數(shù)。1. 廣播星歷文件接收機(jī)鎖定衛(wèi)星并解出 C/A碼后，就能取得廣播星歷，即衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算參數(shù)，在實(shí)時(shí)GPS應(yīng)用中，它是必不可少的，大部分的工程網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)的后處理也采用廣播星歷。RINEX 2格式的廣播星歷文件如下表 2.1.1所示，作為例子，表中給出了 PRN9和PRN17兩顆衛(wèi)星的廣播星歷數(shù)據(jù)，PRN表示GPS衛(wèi)星的偽隨機(jī)編號號碼，GPS衛(wèi)星 在有些場合采用美國航空與航天局NASA(Ntio nal Afon autics and Space Admi nistratio n) 的編號。表2.1.1 RINEX 2格式的廣播星歷文件E

4、PHTORNXVersion 1.0929-NOV-95 21:05PGM / RUN BY / DA TE.1676D-07.2235D-07-.1192D-06-.1192D-06ION ALPHA.1208D+06.1310D-07-.1310D+06-.1966D+06ION BETA.133179128170D-06.107469588780D-1255296039 DELTA-UTC: A0,A1,T,W10LEAP SECONDSEND OF HEADER9 94 10 2180 0.0-0.103851780295D-04-0.909494701773D-12 0.000000

5、000000D+000.720000000000D+02 0.106062500000D+03 0.476841277575D-08 0.132076112444D+010.548548996449D-05 0.312971079256D-02 0.747293233871D-05 0.515371790504D+04 0.460800000000D+06 0.558793544769D-07 -0.229012694900D+01-0.130385160446D-070.950477774712D+00 0.229593750000D+03-0.491558992251D+00-0.8190

6、34084998D-080.233938313166D-09 0.100000000000D+01 0.771000000000D+03 0.000000000000D+000.700000000000D+01 0.000000000000D+00 0.139698386192D-08 0.328000000000D+030.000000000000D+0017 94 10 2180 0.0-0.635907053947D-04-0.909494701773D-12 0.000000000000D+000.228000000000D+03 0.167187500000D+02 0.424946

7、255961D-08 0.104717256943D+010.566244125366D-06 0.790101150051D-02 0.883266329765D-05 0.515369790649D+040.460800000000D+06 0.279396772385D-07 0.925235566518D+00-0.203028321266D-060.970438658460D+00 0.214781250000D+03 0.199825790573D+01-0.789747200969D-08 0.404659722397D-09 0.100000000000D+01 0.77100

8、0000000D+03 0.000000000000D+000.700000000000D+01 0.000000000000D+00 0.139698386192D-08 0.484000000000D+030.000000000000D+00上表中的前幾行為表頭，表頭中的第 6080個(gè)字符是相應(yīng)行的說明，如第一行的“2”是RINEX版本號，“ NAVIGATION DATA ”是指本文件類型為廣播星歷；第二行是生成該文件的單位、執(zhí)行人、及文件形成日期。表頭以“END OF HEADER ”表示結(jié)束，表頭結(jié)束有時(shí)也用空行表示。 表頭中注解為 “ION ALPHA ”和“ION BETA ”

9、的兩行指相應(yīng)的參數(shù)是電離層改正參數(shù) （采用差分模型相對定位時(shí)，該參數(shù)無用 ），注解為“ LEAP SECONDS ”的 行給出了 GPST與UTC之間的跳秒數(shù)，在表頭結(jié)束前可插入無限多的注解行，注解行的說明為“COMMENT ”。表頭結(jié)束后，每8行表示一顆衛(wèi)星的廣播星歷，第一行的第1個(gè)數(shù)字是衛(wèi)星的PRN號碼（偽隨機(jī)編號）。如表2.1.1中的第八行至第十五行是衛(wèi)星PRN9的廣播星歷，對應(yīng)量的含義如表2.1.2。表2.1.2 RINEX 2格式廣播星歷數(shù)據(jù)含義衛(wèi)星PRN號，年，月，日，時(shí)，分，秒， aw，af1，af2aode, Gs，心n，MCuc, e，Cus，你toe，Cic，。0，Cisi

10、。，Crc，國，6i ， cf lg 12， week no, pflgl2svacc svhlth，tgd，aodcttm表中:af0衛(wèi)星鐘差常數(shù)項(xiàng)，時(shí)秒;af1衛(wèi)星鐘差漂移項(xiàng)，時(shí)秒/時(shí)秒;af2衛(wèi)星鐘差漂移速率項(xiàng)，時(shí)秒/時(shí)秒2：n平近點(diǎn)角的長期變化 M 0參考時(shí)刻的平近點(diǎn)角: e扁心率；、A長半軸的平方根，米（近地點(diǎn)參數(shù)），弧度/時(shí)秒;弧度；1/20參考時(shí)刻升交點(diǎn)赤經(jīng)，弧度;g參考時(shí)刻軌道傾角，弧度；.近地點(diǎn)角距，弧度；門升交點(diǎn)赤經(jīng)在赤道平面中的長期變化（主要是由地球引力場的2階帶諧系數(shù)C20（J2）引起），弧度/時(shí)秒;Cuc在星歷參考時(shí)刻toe在軌道延跡方向上周期改正余弦項(xiàng)的振幅，弧度；

11、ucCjs在星歷參考時(shí)刻toe在軌道延跡方向上周期改正正弦項(xiàng)的振幅，弧度；Crc在星歷參考時(shí)刻toe在軌道徑向方向上周期改正余弦項(xiàng)的振幅，米；Crs在星歷參考時(shí)刻toe在軌道徑向方向上周期改正正弦項(xiàng)的振幅，米；Cic在星歷參考時(shí)刻toe軌道傾角（近似于法向）周期改正余弦項(xiàng)的振幅，弧度；Cis在星歷參考時(shí)刻toe軌道傾角（近似于法向）周期改正正弦項(xiàng)的振幅，弧度； toe星歷參考時(shí)刻（星期中的秒數(shù)），秒；aode星歷數(shù)據(jù)的年齡；i軌道傾角變化率，弧度/時(shí)秒；cf lg 1212上存在哪些碼指示；week nGPS星期數(shù)；pf lg l 212上P碼偽距指示；sv a c本廣播星歷精度指標(biāo)，米；sv

12、 h 11衛(wèi)星是否健康指標(biāo)；tgc電離層群延遲改正參數(shù)，時(shí)秒；aodc衛(wèi)星鐘數(shù)據(jù)年齡；11 mr信息傳送時(shí)間（與接收機(jī)對接收到的衛(wèi)星信號解碼有關(guān)），時(shí)秒。2.1.3是例子文件，共有2個(gè)歷元的觀測數(shù)據(jù)。2. 觀測文件接收機(jī)測得的相位和偽距觀測值均記錄在觀測文件中，下表表2.1.3 RINEX 2格式的觀測數(shù)據(jù)文件2OBSERVATIONDATAGPSRINEX VERSION /TYPETB2RNXxxxxxxxxxxxx95-07-20 22:20:20 PGM / RUN BY / DA TETurbo SII rinex formatter Version: 95.5.19COMMENTM

13、ODE : STA TICCOMMENTCOMMENT1MARKER NAMEWANOBSERVER/AGENCY153575902TURBO SIIProduction unitREC # / TYPE / VERS153575902TURBO SIIANT # / TYPE-2852389.22614650364.54533293350.3434APPROX POSITION XYZ0.11200.00000.0000ANTENNA: DELTA H/E/NOriginal slant height(m):0.1120COMMENT1 1WAVELENGTH FACT L1/25C1L1L

14、2D1P2#/TYPES OF OBSERVEND OF HEADER957 190 210.00000000 5 27 28 15 31 1921805891.33516-0.287160.077130.0000021805895.0851323733969.59714-0.193140.669120.0000023733973.1671220746137.257190.017190.542160.0000020746140.9941620903455.21318-0.280180.994140.0000020903458.4121420681238.04917-0.32817-0.2561

15、00.0000020681238.04910957 190 21 30.000000005 27 28 15 31 1921794932.63606-57587.90306-44873.386020.0000021794935.7650223750223.7390485421.7960466563.218010.0000023750225.6040120736273.69909-51834.40309-40389.904050.0000020736277.7170520913805.2350854389.6780842382.775040.0000020913808.9330420682314

16、.764074906.193073823.007000.0000020682314.76400與廣播星歷表一樣，觀測文件也有一個(gè)表頭，表頭也以“END OF HEADER ”或空行表示結(jié)束，表頭中每行的6080字符為給出本行內(nèi)容的說明，如表2.1.3所示，觀測文件的表頭中列出了RINEX版本號、形成文件的單位、人員、點(diǎn)號、點(diǎn)名、觀測者與單位、接收機(jī)號碼類型版本、天線號碼類型、臺(tái)站近似坐標(biāo)、天線L1相位中心與點(diǎn)位的關(guān)系（向上、向東、向北的偏離量）、采樣間隔、波長因子、觀測值種類數(shù)及觀測值類型、第一個(gè)觀測歷元時(shí)刻、最后一個(gè)觀測歷元時(shí)刻、測得衛(wèi)星的號碼，說明為“COMMENT ”的注解行等。其中的波

17、長因子為1指采用相關(guān)技術(shù)恢復(fù)載波，整周模糊度和失周數(shù)只能是整數(shù)；波長因子為2指采用平方技術(shù)生成載波，整周模糊度和失周數(shù)可能是0.5周的倍數(shù)。觀測類型中的：L1L1上的載波相位；L2L2上的載波相位；C1L1上的C/A碼偽距;P1L1上的P碼偽距；P2L2上的P碼偽距；D1L1上的頻率變化；D2L2上的頻率變化。表頭結(jié)束后，是觀測各歷元的觀測數(shù)據(jù)，每歷元數(shù)據(jù)由一個(gè)歷元時(shí)間行和多個(gè)觀測數(shù)據(jù)行組成，每個(gè)歷元時(shí) 間行的內(nèi)容為：年，月，日，時(shí)，分，秒，質(zhì)量標(biāo)記，衛(wèi)星數(shù)，衛(wèi)星號碼，衛(wèi)星號碼，鐘差其中： 衛(wèi)星數(shù)指該歷元觀測到的衛(wèi)星總數(shù)，緊接著的是觀測到的衛(wèi)星號碼序列。當(dāng)質(zhì)量標(biāo)記（Event Flag）為：0

18、該歷元觀測數(shù)據(jù)正常；1在前一歷元和本歷元之間停電；2開始移動(dòng)天線；3在新的臺(tái)站重新開始觀測（緊接著會(huì)出現(xiàn)新的點(diǎn)號）；4以下會(huì)出現(xiàn)新的頭信息；5其它外部事件；6出現(xiàn)失周指示。 衛(wèi)星號碼計(jì)為snn：s :衛(wèi)星系統(tǒng)：G GPS;RGLONASS系統(tǒng)（前蘇聯(lián)研制的類似于 GPS的定位系統(tǒng)）；T多普勒衛(wèi)星定位系統(tǒng)。nn：如果是gps系統(tǒng)，prn編號；如果是GLONASS系統(tǒng)，通道號； 如果其它衛(wèi)星系統(tǒng)，兩位數(shù)的編號。 歷元行中的鐘差（選項(xiàng)），是接收機(jī)鐘差，處在 6880位，如果此項(xiàng)存在，則應(yīng)對歷元時(shí)刻、測得的偽距相位 作如下修正：歷元時(shí)刻=給出歷元時(shí)刻-鐘差偽距=測得偽距-鐘差x光速相位=測得相位-鐘差

19、x頻率歷元行后的幾行（行數(shù)等于衛(wèi)星總數(shù)）,是對應(yīng)的每個(gè)衛(wèi)星觀測值，每行中的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)等于表頭中的觀測值種類數(shù)，數(shù)據(jù)類型按表頭中的觀測值類型排列，每個(gè)觀測值后面緊跟著一個(gè)一位數(shù)的失周指示和一個(gè)一位數(shù)的信號強(qiáng) 度指示。相位觀測值的單位是周，偽距的單位是米，當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)沒有測到時(shí)，計(jì)為0.0或空格。當(dāng)失周指示（取值范圍是07）為0或空格時(shí)數(shù)據(jù)正常。當(dāng)信號強(qiáng)度指示為：0或空格正常；1信號最弱情況；5最理想的信噪比；9信號最強(qiáng)情況。3. 氣象文件在高精度觀測時(shí)，有時(shí)需要記錄氣象數(shù)據(jù)，RINEX 2格式的氣象數(shù)據(jù)文件如下表 2.1.4所示：表2.1.4 RINEX 2格式的氣象數(shù)據(jù)文件2METEOROLOGI

20、CAL DATARINEX VERSION /TYPETB2RNXxxxxxxxxxxxx195-07-20 22:20:20 PGM / RUN BY / DA TEMARKER NAME# / TYPES OF OBSERVEND OF HEADER957 190 10 00987.110.689.5957 191 10 00987.210.990.0957 192 10 00987.111.589.03 PR TD HR記錄的是各氣象觀測時(shí)刻（年月日時(shí)分秒），臺(tái)站周圍的氣壓（毫巴卜表頭及結(jié)束符與星歷和觀測數(shù)據(jù)文件類似, 干溫（攝氏度）、相對濕度（百分比）。由廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置如果要計(jì)算

21、時(shí)刻t某衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，根據(jù)前面的廣播星歷格式，讀出該衛(wèi)星廣播星歷的有關(guān)參數(shù)，按如下步驟計(jì)算：1.求長半軸AA = . A2計(jì)算平角速度n2METEOROLOGICAL DATARINEX VERSION /2METEOROLOGICAL DATARINEX VERSION /式中的GM為地球引力常數(shù)。當(dāng) 302400 當(dāng) -302400 其它情況3計(jì)算從需要時(shí)刻到參考時(shí)刻的時(shí)間差 tk“的取值卜-604800一 二仏+ 604800.tk 二t -toe4. 改正平角速度nn = no5. 計(jì)算平近點(diǎn)角M kMkn tk6. 按下式迭代計(jì)算偏近點(diǎn)角 EkMk 二 Ek -e sinEk由下兩

22、式計(jì)算真近點(diǎn)角 VkCOSVksinvkcosEk -e1 -e cosEk .1 e2 sin Ek1 -e cosEk8計(jì)算緯度參數(shù)kk = Vk 9.周期改正項(xiàng)p Uk 二 CusSin 2 k - Cuc cos 2 、幾二sin 2 k Crc cos 2 、ik 二 5sin 2 k5 cos 2 k10計(jì)算改正后的緯度參數(shù) UkUk = k 、Uk11計(jì)算改正后的向徑rk4 二 A1 -ecosEk、g12計(jì)算改正后的傾角ikik =i。7 i*tk13計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面內(nèi)的坐標(biāo)Xkykf IXk =rk coUk )J yk 二 rk sin Uk14.改正升交點(diǎn)的經(jīng)度k 0e

23、 tk etoe式中的e是地球自轉(zhuǎn)的角速度。15.最后計(jì)算衛(wèi)星在地固系中的坐標(biāo)Xk Yk ZkXXk 二 Xk cos d -yk cos iksin 亠Yk =Xk xsin(0k )+yk 汽 coik FcosOk )Zk = yk xsin(ik )根據(jù)以上過程計(jì)算衛(wèi)星位置時(shí)，應(yīng)注意，求出衛(wèi)星坐標(biāo)表示在地固系中，計(jì)算時(shí)刻t必須是以GPST計(jì)的衛(wèi)星信號發(fā)射時(shí)刻，它由信號接收時(shí)刻減去傳播時(shí)間延遲(需迭代求得，見后)后得到。當(dāng)tk=t-toe大于302400秒時(shí)，因在tk中減去一個(gè)GPS星期相應(yīng)的秒數(shù)604800秒，當(dāng)tk =t -toe小于0秒時(shí)，應(yīng)在tk中加上604800秒。通常認(rèn)為按以

24、上過程求出的坐標(biāo)是表示在WGS84中的，但由于其誤差很大， 個(gè)別情況甚至超過100米，因此可認(rèn)為該坐標(biāo)表示在任一地固參考系CTS中。16計(jì)算GPS信號從衛(wèi)星發(fā)射時(shí)刻的時(shí)間(減去到接收機(jī)傳播時(shí)間的延遲)GPS觀測值是衛(wèi)星和接收機(jī)振蕩器頻率及傳播時(shí)間延遲.的函數(shù)，傳播時(shí)間延遲包括幾何傳播時(shí)間延遲.g和大氣傳播時(shí)間延遲 a，即:2215我們進(jìn)行GPS測量需要求定的參數(shù)均包含在.g中，下面講述的求定。嚴(yán)格來說，g的求定應(yīng)該在廣義相對論框架下的以太陽系質(zhì)心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中計(jì)算。但實(shí)用時(shí)，在地心慣y性坐標(biāo)系下計(jì)算就能滿足精度要求，等價(jià)地，也可在地固坐標(biāo)系中計(jì)算。在定位應(yīng)用中，衛(wèi)星軌道是已知的，臺(tái)站坐標(biāo)是未

25、知的，但近似值是知道的（即使沒有其它已知信息，也能從觀測文件中取得臺(tái)站的近似坐標(biāo) ），數(shù)據(jù)處理的迭代過程就是將臺(tái)站坐標(biāo)從近似值算到準(zhǔn)確值。在定位定軌同時(shí)進(jìn) 行時(shí)，衛(wèi)星軌道的近似值也是知道的，在沒有其它已知信息的情況下，可從廣播星歷文件中取得。如果在地固坐標(biāo)系中計(jì)算在 tj時(shí)刻臺(tái)站j收到的衛(wèi)星i的信號的幾何傳播時(shí)間延遲為g，按電磁波傳播定律:Rsl -RC式中的Rs ti是衛(wèi)星在信號發(fā)射時(shí)刻tj時(shí)，表示在地固坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；R是臺(tái)站在地固坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；C是電磁波在真空中的傳播速度（光速，299792458米/秒）。由于包含在2.2.16式中的信號發(fā)射時(shí)刻ti是未知的，要在計(jì)算出.之后才能求出，

26、因此需要一個(gè)迭代過程才能求得g，具體步驟是：按第k次迭代求得的幾何傳播時(shí)間延遲值Ti（k 在第一次迭代時(shí)，可假定 討1）= 0.070秒，因?yàn)樾l(wèi)星離地面的高度近似為20000公里），求出衛(wèi)星信號發(fā)射時(shí)刻ti k :X O=jrgk )+t式中的大氣傳播時(shí)間延遲a可按大氣改正模型計(jì)算（詳見后）。 按衛(wèi)星星歷表內(nèi)插求得 tk時(shí)刻衛(wèi)星坐標(biāo)Rsk 。 按上式計(jì)算gk1 二Rs-R 當(dāng)請十與磴之差大于限差時(shí)，回到，當(dāng) 咱與 tgk之差小于限差時(shí)，則認(rèn)為已經(jīng)收斂，并以的值代替T，加上即得J該限差應(yīng)取為小于等于10出的值，因?yàn)樗鼘ο辔坏挠绊懯撬c頻率的乘積，而頻率的a量級是109，GPS接收對相位的量測精度

27、可達(dá) 0.01周。以上的傳播時(shí)間延遲是在地固系中計(jì)算的，也可以在慣性系中計(jì)算，可按方便選用，如果星歷是表示在地固系中的（如：廣播星歷和 NGS格式的精密星歷），而又不進(jìn)行定軌，則選擇在地固系中計(jì)算較為方便；如果要求定 軌道或星歷已經(jīng)表示在慣性系中，則在慣性系中計(jì)算較為方便，計(jì)算時(shí)需要在每個(gè)歷元，將臺(tái)站坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)到慣性 系中，而避免計(jì)算量很大的將星歷從慣性系旋轉(zhuǎn)到地固系的計(jì)算。17.中心大氣改正從地表至離地面80公里高的這一層大氣中，原子和分子處于中性狀態(tài)，故稱為中性大氣，也可稱為對流層，有的文獻(xiàn)將它又分為對流層和平流層兩層，但由于GPS觀測僅采用高度角大于15度的觀測值，分一層和分兩層在效果上并

28、無區(qū)別。中性大氣層使得電磁波的傳播時(shí)間增加，稱為中性大氣延遲，在天頂方向就可達(dá)到2.5米左右，并隨高度角的增加而加大。中性大氣延遲分兩個(gè)部分，由大氣中所有大氣分子的偏振位移引起的稱為干項(xiàng)，由水分 子的偶極距引起的稱為濕項(xiàng)。其中干項(xiàng)比較穩(wěn)定，用合適的模型可得到較好的改正，濕項(xiàng)引起的附加延遲要小得 多，只有幾十厘米，但其變化很不規(guī)則，沒有高精度的改正模型，采可昂貴的水氣輻射機(jī)可以測定，大部分情況 下采用引入待估參數(shù)的方法來處理。天頂方向大氣延遲改正a可采用SAASTAMOINEN 1973、MARINI、CHAO等模型來計(jì)算，一般方向上的改正還必須乘以一個(gè)以天頂距 Z為變量的映射函數(shù) mz，映射函

29、數(shù)有Lanyi、CFA等模型。在GPS數(shù)據(jù)處理中，觀測數(shù)據(jù)量非常大，我們一般只采用高度角大于15 的觀測數(shù)據(jù)，所以大部分的現(xiàn)有天頂改正和映射函數(shù)模型均可采用。經(jīng)常采用的SAASTAMOINEN 1973模型如下：dzddmapwzd w m a pC其中干項(xiàng)天頂延遲:dzd= 0.002277 f (護(hù) h)濕項(xiàng)天頂延遲：wzd= 0.002277 12250.05et+27315一 f (半 h)f h = 1 - 000266 cos- 0.00028h7.5te0 二 rh 6.11 10t0 237.3由于4.1式中的濕項(xiàng)模型不準(zhǔn)，一般可引進(jìn)一個(gè)待定參數(shù)Xatm，使4.1式變?yōu)?4.1

30、.2dzd 漢 dmap + (wzd + xatm )x wmapa =m zcos z1a$、丄bctg zcos(z)+ c上式中的:a= 00011851 06701 10* p0 -1000 -0.1471 10e00307210 忍 t0 -2005645 10 經(jīng) hb=00011441 0.1164 10，p0 -1000 02795 10e02 10310910- to -2001217 105c - -0.0090以上的p0為地面氣壓（毫巴）,t0為地面溫度 隈氏）,e0為水氣壓（毫巴）,rh為相對濕度，為臺(tái)站的地心緯度，h為 臺(tái)站的大地水準(zhǔn)面高（公里）。水汽輻射計(jì)可以用以

31、精確測定大氣層中積累的水蒸汽和云霧對電磁波傳播路徑增長的影響，模型如下：以TA表示水汽輻射計(jì)測得的任意方向上的天空亮溫度，則大氣濕項(xiàng)引起的電磁波傳播路徑增長：L（即前面的a與光速的乘積）可由以下一組公式計(jì)算：鼻L =C0(TbgC0C1C21r22k2f1 Wk2f2 WAf 1 C2T Af 21WTAfiTa Tbg i= Tbg (Teff Tbg )Ln 1 一 Teff - Tbgav f1 I1i -1,2f1TbgV f 12f 2a。f 1f22ds上式中的f1和f2為兩個(gè)波段的頻率，TAf1和TAf2為對應(yīng)的亮溫度，Tbg可近似地取為2.8，k =1.723 10”K/g/m

32、3是宇宙背景的輻射溫度，W是傳播路徑對應(yīng)的權(quán)函數(shù)，av和a為水蒸汽和氧的吸收系數(shù)，Teff和Teff可用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的大氣模型以及地面所測溫度來確定，近似地，Teff二Teff = ke t （t K為地面溫度，0.92 ke 0.95）。水汽輻射計(jì)測得的 丄的精度可達(dá)到1.5毫米左右。18.電離層改正地球表面601000公里的這層大氣，由于太陽輻射，其中的原子被電離成大量的正離子和電子，構(gòu)成電離層。電磁波通過電離層產(chǎn)生的時(shí)間延遲二覚f為：4.1.5式中的f為觀測頻率，C為光速，Ne為傳播路徑上的電子總含量，r0為經(jīng)典電子半徑。由于4.1.5式中的Ne與太陽輻射壓有關(guān)，晝夜可相差一個(gè)數(shù)量級，很難用

33、模型來精確表示。但可以看出它產(chǎn)生 的傳播時(shí)間延遲與頻率的平方成反比，故可以用雙頻觀測來消除其影響。如假設(shè)匚、2、叮1、叮、為某GPS接收機(jī)在同一歷元測得的 L,和L2兩個(gè)波段上的偽距和相位，則電離層對它們的影響分別為晉、習(xí)、穿、Cf江，這里的 CONST對一個(gè)接收機(jī)對同一衛(wèi)星在同一歷元的幾種觀測量是常數(shù)，f1和f2為兩個(gè)波段的頻率。因此在長距離GPS相對定位中，通常將兩個(gè)波段的相位觀測值線性組合后的觀測量:C作為觀測值。：J LC = “1 - gG 2式中的g =1-，即L1與L2的頻率之比。fi三偽距差分定位模型基準(zhǔn)站R測得至GPS衛(wèi)星J的偽距為Pj = Prj +c(d - di) +

34、dPrj +6Pijr +6P2r其中H為基準(zhǔn)站R至第J顆衛(wèi)星之間的真實(shí)距離；dH是GPS衛(wèi)星星歷誤差所引起的距離偏差；dr為接收機(jī)時(shí)鐘相對于 GPS時(shí)間系統(tǒng)的偏差；d計(jì)是J顆衛(wèi)星時(shí)鐘相對于 GPS時(shí)間系統(tǒng)的偏差；6叫電離層時(shí)延所引起 的距離偏差；2r是對流層時(shí)延所引起的距離偏差；c是為電磁波的傳播速度。根據(jù)基準(zhǔn)站的已知坐標(biāo)和 GPS衛(wèi)星星歷，可以精確算得真實(shí)距離 幷，而偽距 訂是基準(zhǔn)站接收機(jī)測得的，則偽距的改正值機(jī)=Prj - Pj = -C(d -d) -dP,一叩2在基準(zhǔn)接收機(jī)進(jìn)行偽距測量的同時(shí)，流動(dòng)站接收機(jī)K也對第J顆衛(wèi)星進(jìn)行了偽距測量，流動(dòng)站接收機(jī)所測得的偽距町=Pk +c(dq d

35、)+dPk + 陽k P2k我們將基準(zhǔn)站所測得的偽距改正值帶入上式(即上兩式相加)得：町乜Prj =Pk +c(dq -dS)+(dPk -dPrj)+(6Pijk -陽+(旳2帆)當(dāng)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在一定距離范圍之內(nèi)，我們可以近似認(rèn)為：dPk勺戸丿,(昭k =6PlrPP2k =岡丄則上式變?yōu)椋篢 =彳=k C(d k -d r)式中共有四個(gè)未知數(shù)，它們分別是流動(dòng)站 K的三維坐標(biāo)(Xk ,Yk ,Zk)和GPS接收機(jī)鐘差引起的改正項(xiàng) 厶。如果基準(zhǔn)站和流動(dòng)站某歷元共視四顆以上衛(wèi)星，就可以根據(jù)上式建立誤差方程式:DoDoDo式中(X0,Yk,Z0)是流動(dòng)站K的三維近似坐標(biāo)；(Xj.Yj.Zj

36、)是衛(wèi)星J發(fā)射信號時(shí)刻的三維坐標(biāo)，其可根據(jù)衛(wèi)星星歷計(jì)算而得到；D 2,則丁二人川二皿JD為儒略日，F(xiàn)為年f為月，為日，酎為世界時(shí)0UT=H+min/60)+(sec/3600) INT表示取實(shí)數(shù)的整數(shù)部分。由儒略日轉(zhuǎn)換到日歷時(shí)間c = INT|JD + 0.5/ + 1537r = INT（6-122.1）/365.25d = INT365.25.ce = INT（Z）-rf ）/30.6001D = 0 d INT306001e + FRAC7D + 05（日）FRAC表示一個(gè)數(shù)的小數(shù)部分A/=e-l-12.INT/14（月）y=c-4715-INT（7 + M）/10（年）N = modlNTJD + 0.5,7（星期幾。N = 0.星期一;N = l,星期二;）由日歷時(shí)間轉(zhuǎn)換到GPS時(shí)間(兩步)第一步：計(jì)算GPS周GPS WEEK = INT(JD -2444244.5)/7第二步：計(jì)算一周內(nèi)的秒數(shù) (JD - 2444244.5 - 7*GPS周數(shù))X86400.0由GPS時(shí)間轉(zhuǎn)換到日歷時(shí)間(兩步)第一步：由GPS時(shí)間轉(zhuǎn)換到儒略日第二步：由儒略日轉(zhuǎn)換到日刃吋間IGS的全球跟蹤站已達(dá)160個(gè)，其屮包括我國的上 海、武漢、拉薩、烏魯木齊、北京、昆明和四安;