【摘 要】
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对流层延迟是影响全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)收敛速度和定位精度的关键因素之一。随着大气再分析资料在时间和空间分辨率上得到相当大的提高,可以从再分析资料中获取高精度的对流层延迟信息。同时,将大气再分析资料计算所得的对流层延迟产品应用于GNSS PPP也成为了
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对流层延迟是影响全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)收敛速度和定位精度的关键因素之一。随着大气再分析资料在时间和空间分辨率上得到相当大的提高,可以从再分析资料中获取高精度的对流层延迟信息。同时,将大气再分析资料计算所得的对流层延迟产品应用于GNSS PPP也成为了当前的研究热点。本文围绕具有高时空分辨率的ERA5(the fifth generation European Centre for Medium‐Range Weather Forecasts Re Analysis)大气再分析资料计算对流层关键参量的精度评估及ERA5对流层延迟产品在北斗和多系统GNSS静态PPP中的应用进行了深入的研究。本文的主要工作和贡献如下:1.详细地介绍了对流层延迟关键参量的计算原理和方法及所使用的数据来源。联合全球2016-2017年290个IGS站的精密天顶对流层总延迟(Zenith Total Delay,ZTD)产品和545个探空站的资料计算所得的天顶湿延迟(Zenith Wet Delay,ZWD)和天顶静力学延迟(Zenith Hydrostatic Delay,ZHD)数据,对ERA5大气再分析资料积分计算所得的ZTD、ZWD和ZHD进行了精度评估,并从时间和空间维度上对ERA5 ZTD/ZWD/ZHD的偏差和均方根误差(Root Mean Square,RMS)的变化规律进行了研究分析。结果表明:(1)以2016-2017年全球290个IGS站点ZTD产品为参考值,ERA5再分析资料计算ZTD的年平均bias和RMS值分别为0.23和1.09 cm。(2)与2016-2017年全球545个探空站的资料计算的ZWD和ZHD数据相比,ERA5大气再分析资料计算ZWD和ZHD的年平均bias和RMS值分别为0.17/1.05 cm和0.11/0.45 cm。由此表明,ERA5大气再分析资料在全球范围内计算对流层延迟参数表现出了极高的精度和良好的稳定性,可作为全球对流层延迟改正模型构建以及GNSS PPP先验对流层延迟信息的重要数据源。2.将ERA5对流层延迟参数应用于北斗静态PPP中,分析其对北斗静态PPP定位性能的影响。对来自多系统GNSS实验网络(Multi-GNSS Experiments Network,MGEX)的6个MGEX站点14天的观测数据,分别按照两种标准PPP方案(不估计对流层水平梯度和估计对流层水平梯度)和ERA5增强PPP方案进行处理。结果表明:(1)相比于两种标准PPP,ERA5增强PPP在E方向的收敛速度无明显提升,其在N方向的平均收敛时间分别缩短了约17.6%和18.7%,而在U方向,其平均收敛时间分别缩短了约34.3%和39.4%。(2)在E方向,两种标准PPP收敛后的定位精度分别为9.6和10.0 cm,而ERA5增强PPP收敛后的定位精度为7.9 cm,其定位精度分别提高了约17.7%和21%。两种标准PPP在N方向收敛后的定位精度分别为7.7和8.0 cm,而ERA5增强PPP的定位精度为6.9 cm,其定位精度分别提高了约10.4%和13.8%。而在U方向上,相比于两种标准PPP的定位精度(14.6和14.5 cm),ERA5增强PPP的定位精度(9.8 cm)分别提高了约32.9%和32.4%。3.将ERA5对流层延迟参数应用于多系统(GPS、BDS、GLONASS和Galileo)GNSS静态PPP中,深入分析其对多系统GNSS静态PPP定位性能的影响。按照与北斗静态PPP相同的处理策略进行解算。结果表明:相比于标准PPP,ERA5增强PPP在E和N方向的收敛速度和定位精度无明显提升。而在U方向上,相比于标准PPP,ERA5增强PPP在各周的平均收敛时间缩短了6.8%-20.3%。此外,ERA5增强PPP在U方向收敛后的定位精度为9.8 cm,而此时两种标准PPP的定位精度分别为11.3和11.7 cm,其定位精度分别提高了约13.3%和16.2%。
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