北斗信号对流层改正模型比较分析
- 绪论
目前世界上有四大卫星导航系统，即美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和中国的北斗系统，其中，北斗卫星导航定位系统是由我国自主研制的区域性卫星导航系统。第一代北斗导航系统（BDS）于2003年开始运行，第二代北斗导航系统（Compass）于2012年底开放运行。预计在2020年实现全球无源定位模式。目前，北斗卫星导航定位系统运行稳定、工作状态良好，已在渔业、气象、交通运输管理、应急救援等方面获得了很好的应用。
为了提高北斗卫星导航系统的定位精度，应尽力减小各种误差源的影响。根据北斗卫星定位的工作机理，卫星信号需要在大气中传播，这样就会产生大气折射误差，从而影响北斗卫星的定位精度。产生大气折射误差的误差源是对流层和电离层大气，它们不仅使得无线电波射线发生弯曲，而且也使得其传播速度减慢（相当于传播路径的增加或者时间上的延迟），这两种情形都会产生折射误差。相比来讲，在大于３°仰角情况下，电波射线弯曲比传播速度减慢引起的折射误差小得多。因此对卫星导航定位系统，可以忽略电波射线弯曲引起的误差，只考虑因电波传播速度减慢引起的折射误差，也就是大气折射引起的时间延迟。由于对流层与电离层的性质不同，因此常将这两种大气引起的折射误差称为对流层延迟和电离层延迟。
电离层大气为色散介质，可通过对双频测量卫星信号的传播延迟进行差分，从而消除大部分电离层延迟误差，或者采用电离层延迟模型进行改正。对流层为非色散介质，无法利用双频测量方法来消除其延迟误差。另外，目前导航卫星的电离层延迟模型的研究很多，也给出了各种情形下电离层延迟模型的选择建议，而研究北斗系统中的对流层延迟模型较少。尽管相对来讲，北斗卫星中的对流层延迟小于电离层延迟，但是为了提高卫星定位精度，对流层延迟也必须考虑。
- 对流层改正模型
迄今为止常用的对流层延迟改正模型有：Marini模型、Hopfield模型、Saastamoinen模型、Black模型和EGNOS模型。
（1）Marini模型
Marini通过对光路径的观测拟合给出了对不同地平高度角E的对流层大气时延模型
式中，E为卫星高度角；lambda;为信号波长；phi;、h为观测站的大地纬度和高程；P、T、W为观测站的大气压强（单位为mb）、大气温度（单位为K）、相对湿度；Pw为观测站的水蒸气压强；alpha;为对流层折射校正因子，一般情况下取为1。
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