UNB对流层延迟改正模型的精度分析

尹 潇，胡丛玮

(同济大学测绘与地理信息学院，上海200092)

UNB对流层延迟改正模型的精度分析

尹 潇，胡丛玮

(同济大学测绘与地理信息学院，上海200092)

为了消弱对流层对GPS高精度定位的影响，UNB(University of New Brunswick)发布了最新的格网天顶对流层延迟。本文介绍该数据模型的内插改正方法，采用全球12个IGS站比较内插精度，结果显示大部分测站的中误差小于±5 cm，可以为卫星定位和对流层延迟估计提供较为准确的初值。

天顶方向对流层延迟;线性插值;高度修正;UNB模型

一、引 言

GPS卫星信号经过地球大气传播至地面接收机时，在天顶方向会有高达2 m左右的延迟。其中，干大气部分是主要影响，可以通过模型修正;而湿大气部分由于随机性强，很难用模型修正［1］。所以要提高GPS测量精度，需要高精度的对流层延迟模型，其中Saastamoinen模型是常用的模型之一。但是利用标准气象数据计算的Saastamoinen模型延迟值与利用测站实际气象数据计算的结果有较大偏差［2］。为了得到更接近实际的结果，国内外开始使用数字气象模型来计算天顶对流层延迟。其中，2012年4月20日UNB基于美国国家环境预报中心(NCEP)和加拿大气象中心的全球确定性预报系统(GDPS)的数据，利用Ray-tracing算法，发布了最新的全球格网天顶对流层延迟。为了验证此数据的有效性和精度，本文选取了分布在高纬、中纬、低纬的12个IGS站进行了对比分析。

二、UNB天顶对流层延迟改正模型

UNB天顶对流层延迟数据间隔为6 h，分别为UT时间0 h、6 h、12 h和18 h。为了不同的需要，它分为3种数据类型，分别有7 d的时延、1 d的时延和无时延。3类数据的格式一致，都以2.0× 2.5的经纬格网发布。其计算天顶干延迟的模型［3］为

式中，φ为测站的纬度;h为测站高度;p为测站气压。天顶湿延迟zw由于变化大，模型难以模拟，作为参数进行最小二乘平差求得。

格网天顶方向对流层延迟量是相对于平均格网高度的，对于具体的测站，为了求得其天顶方向延迟要进行内插和高度改正，内插可以采用拉格朗日线性内插来实现。内插示意图见图1。

图1 内插示意图

假设图1中，1、2、3、4为4个已知格网点，现在要内插出A点的天顶对流层延迟。可以先内插出B、C点的天顶对流层延迟，然后由B、C点内插A点的天顶对流层延迟，从而使得格网数据可以用于格网上任意点。

此外，UNB提供的格网数据是基于格网的平均高度的，为了得到测站的对流层数据，需要把格网平均高度修正到测站的高度。气压与高度h的关系计算模型［4］为

假定已知格网干延迟zh(hg)、测站纬度φ和格网平均高度hg，则可以由式(1)得到p( hg)，此值与式(2)计算的结果存在差值，把此差值修正到由式(2)计算的测站气压 p(hs)，然后由测站气压p( hs)、测站纬度φ和测站高度hs计算得到该测站的干延迟zh(hs)。

湿延迟随机性强，难以进行模型修正，可以采用经验模型修正，常用的衰减模型［5］修正为

三、实例及结果分析

为了分析UNB天顶方向对流层延迟改正模型的有效性和精度，本文分别选取了分布均匀的高纬、中纬和低纬的全球IGS站(见表1)，从而使算例具有代表性，其中WUHN和KUNM为中国境内的IGS跟踪站。数据开始的历元为2012年4月20日，结束的历元为2012年5月20日，共30 d。UNB格网数据为7 d延迟的数据，格网为2.0°×2.5°。通过数据处理，将内插改正与IGS提供的相应天顶方向对流层估计值相减，其差值图如图2所示。从图2中可以看出，大部分偏差小于±5 cm，但个别测站，如WUHN，偏差较大，有时超过±(10～15)cm。根据偏差计算得到的各测站偏差的平均值和中误差见表1中最后两栏，可以看出，各测站的偏差均值都小于2cm，但各测站的中误差有较大的差异，大部分测站的中误差小于±5 cm，其中，测站MCM4和FAIR中误差较小，分别为±1.31 cm和±1.54 cm;测站KSMV和WUHN较大，分别为±4.73 cm和±5.70 cm，对此还需要作进一步分析。

表1 各站信息及天顶延迟偏差统计表

图2 IGS站天顶对流层延迟差值

四、结束语

本文介绍了UNB天顶方向对流层改正模型及其线性内插改正方法，通过采用30 d的数据，比较了全球分布均匀的12个IGS站UNB内插对流层与IGS估计值的精度，测站平均偏差小于2 cm，中误差介于±1.31 cm和±5.70 cm之间。除WUHN外，其余测站均小于±5 cm，可以为卫星定位和对流层延迟估计提供较为准确的初值。

［1］ HOPFIELD H S.Two-quartic Troposheric Refractivity Profile for Correcting Satellite Data［J］.Journal of Geophysical Research，1969，74(18):4487-4499.

［2］ BOEHM J，WERL B，SCHUH H.Troposphere Mapping Functions for GPS and Very Long Baseline Interferometry from European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Operational Analysis data［J］.Journal of Geophysical Research，2006，111(B02406).

［3］ SAASTAMOINEN J.Contributions to the Theory of Atmospheric Refraction［J］.Bulletin Geodesique，1973，107(1):13-34.

［4］ BERG H.Allgemeine Meteorologie［M］.Duemmler，Bonn:［s.n.］，1948.

［5］ KOUBA J.Implementation and Testing of the Gridded Vienna Mapping Function1［J］.Journal of Geophysical Research，2008，82(4):193-205.

0494-0911(2012)S1-0072-02

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B

尹 潇(1987—)，男，山东济宁人，硕士，研究方向为GPS数据处理。