Мониторинг пространственной структуры атмосферных неоднородностей с помощью наземной сети приемников ГНСС

Введение 4
Глава 1. Глобальные Навигационные Спутниковые Системы 7
1.1 Структура ГНСС ГЛОНАСС 8
1.2 Принцип работы ГНСС ГЛОНАСС 10
1.3 Структура передаваемых сигналов 11
1.4 Фазовые измерения спутниковых радионавигационных систем 14
1.5 Определения фазовых дальностей на комбинированных волнах 16
1.6 Выводы 18
Глава 2. Моделирование тропосферы Земли 19
2.1 Методы исследования тропосферы Земли 21
2.2 Модели тропосферной задержки 23
2.3 Модель Хопфилд 25
2.4 Модель Саастамойнена 26
2.5 Тропосферные функции картирования 28
2.6 Горизонтальные градиенты тропосферных ошибок 29
2.7 Интегральное влагосодержание и его связь с тропосферными
задержками 31
2.8 Выводы 33
Глава 3. Расчет зенитной тропосферной задержки по спутниковым наблюдениям 35
3.1 Республиканская сеть базовых станций TATPOS 35
3.2 Исходные данные спутниковых наблюдений 37
3.3 Bernese GNSS Software v.5.2 39
3.4 Моделирование тропосферы в Bernese GNSS Software v.5.2 41
3.5 Расчет зенитной тропосферной задержки с использованием Bernese
GNSS Software v.5.2 42
3.6 Выводы 46
Глава 4. Расчет значений интегрального влагосодержания и их горизонтальных градиентов 47
4.1 Формирование и подготовка метеопараметров 47
4.2 Расчет гидростатической и влажной составляющих зенитной
тропосферной задержки 51
4.3 Расчет интегрального влагосодержания на станциях республиканской
сети базовых станций TATPOS 53
4.4 Расчет градиентов интегрального влагосодержания 54
4.5 Сравнение полученных данных с результатами других работ 57
4.6 Выводы 58
Глава 5. Анализ пространственно-временных неоднородностей тропосферы на территории Республики Татарстан 59
5.1 Оценка влияния градиентов интегрального влагосодержания на
фазовые измерения 59
5.2 Анализ временного ряда интегрального влагосодержания на станции
KZN2 64
5.3 Выводы 72
Заключение 74
Список литературы 76
Приложения 79
Приложение А 79
Приложение Б 81
Приложение В 82
Приложение Г 83
Приложение Д 84
Приложение Е 85
Приложение Ё 86
Приложение Ж 87
Приложение З 89
Приложение И 90
Приложение Й 91
Приложение К
Купить

В настоящее время радиометрические методы измерений глубоко проникли во многие сферы обыденной жизни. Электромагнитные волны, как носитель информации, используются повсеместно: в медицине, агропромышленной сфере, телекоммуникациях, радиолокации и в многих других областях. Сюда же мы можем отнести и, уже ставшую привычной для нас, навигацию с использованием спутниковых радионавигационных систем (СРНС).
Хотя первые СРНС, предоставляющие сервис координатно-временного обеспечения, появились еще в конце 60-х годов 20-го века [1], актуальность проблемы точности радиоизмерений не утрачивает своей важности. С ростом популярности навигационных спутниковых систем, растут и требования к точностям, что стимулирует научные исследования в областях распространения электромагнитных волн в атмосфере Земли.
Современные СРНС, такие как ГЛОНАСС (Российская Федерация) [2], NAVSTAR GPS (США), GALILEO (Европейский союз) и другие [3], в качестве носителя навигационной информации, используют радиоволны дециметрового диапазона. Такие электромагнитные волны в значительной мере подвержены воздействию атмосферы Земли, через которую они проходят в процессе доставки информации к потребителю. Среди этих воздействий присутствуют такие источники ошибок как ионосферные ошибки, ошибки, обусловленные точностями генераторов колебаний, установленных на спутнике и приемнике, реляционными эффектами, тропосферными ошибками и др.
На настоящий момент проведено множество исследований в области физики атмосферы, космической навигации и геодезии, разработано множество методов оценок и исключений воздействия указанных источников ошибок на радиосигналы [4, 5, 6, 7]. К примеру, ионосферную ошибку с высокой точностью исключают за счет использования двух и более частот несущей волны. Тропосферную ошибку высчитывают по эмпирическим моделям тропосферы с использование метеопараметров с метеостанций или, при использовании дифференциальных методов, передают от базовой станции, находящейся неподалеку.
Однако, подобные решения накладывают свои ограничения. К примеру, передачу поправок за тропосферу от базовой станции к мобильному приемнику (роверу) рекомендуют ограничивать длиной базовой линии (линии, соединяющей два приемника) в 30 километров, из-за различия расстояния, проходимого сигналом, обусловленного кривизной земной поверхности и возможными неоднородностями тропосферы. Но, согласно ряду исследований [4, 8, 9] из-за пространственно-временных неоднородностей атмосферных параметров, используя существующие модели атмосферы не всегда можно гарантировать заявленную точность измерений.
Многие современные виды работ, использующие высокоточные навигационные решения, например, в сфере высокоточной геодезии, геодинамики или наблюдений за деформациями, предъявляют особо высокие требования к точности спутниковых наблюдений. В связи с этим сформулируем цель данной работы:
Оценить мезомасштабные пространственные неоднородности тропосферы Земли на территории Республики Татарстан и их вклад в измерения фазового пути сигнала спутниковых радионавигационных систем.
Далее четко сформулируем задачи, которые необходимо выполнить для достижения поставленной цели:
1. Сбор, систематизация и анализ спутниковых наблюдений длительностью не менее 3-х лет;
2. Получение и подготовка данных метеостанций, распределенных по исследуемой территории;
3. Оценка тропосферных задержек и их составляющих на спутниковых станциях непосредственно по спутниковых наблюдениям;
4. Получение значений интегрального влагосодержания во всех точках спутниковых наблюдений;
5. Расчет горизонтальных градиентов интегрального влагосодержания, для оценки пространственно-временных неоднородностей тропосферы Земли на за исследуемый период;
6. Анализ и интерпретация полученных результатов.
Данная выпускная квалификационная работа состоит из пяти глав. В первой и второй главах были описаны теоретические основы данной работы. В этих главах дана информация о принципах функционирования глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), существующих и используемых в работе моделях тропосферных задержек, приведены и описаны формулы, необходимые для расчетов и др. Последующие главы описывают практическую реализацию поставленных задач и несут в себе основную информацию по теме выпускной квалификационной работы.

Купить