辅助改善对流层延迟的温湿压测量仪研制

发布时间：2017-05-26 11:22

  本文关键词：辅助改善对流层延迟的温湿压测量仪研制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为支持北斗导航系统国际化发展中的系统时间兼容与互操作,中国科学院国家授时中心建立了GNSS系统时差监测平台。该平台将接收空间信号作为主要监测手段,监测精度为5.0ns。本文从系统时差监测的误差源入手,分析了GNSS系统时差监测中温度、湿度和气压值对对流层延迟改正结果的影响。为了改善对流层折射路径的影响,针对GNSS时差监测系统的实际特点,研制了一款适用于时差监测接收机的温湿压测量仪,并利用采集到的测站实时温度、湿度和气压参数对目前较常用的对流层模型进行了分析与对比。论文的主要内容包括以下几个方面:1.研究了GNSS系统时差监测中对流层延迟对监测精度的影响,分析了利用实时温度、湿度和气压数据改进对流层延迟算法的要求,并据此给出了温湿压测量仪的具体设计需求。2.以FPGA作为核心处理器,设计并实现了适用于时差监测接收机的温湿压测量仪。该测量仪能够通过RS232串口与导航接收机直接通信。通信数据格式为标准的NMEA格式,测量数据能够被导航接收机直接识别并使用。温度测量误差小于0.5℃,湿度测量误差小于5%,气压测量误差小于10h Pa。数据输出的最小周期为10s。3.利用GNSS多模导航接收机和研制的温湿压测量仪对临潼测站进行了实时数据采集。利用采集到的实际测量数据对目前常见的Marini、Hopfield、Saastamoinen和Black对流层延迟模型进行了分析。给出了各个模型的适用范围和条件。所研制的温湿压测量仪已经能够与系统时差监测接收机配套连接使用,实现了连续稳定的运行。利用输出的温湿压气象参数能够将对流层延迟误差控制在分米量级,从而有效改善对流层延迟误差。并且还可以将其扩展应用到其他精密定位、时间传递等方向中。
【关键词】：GNSS系统时差 对流层延迟 FPGA 气象参数
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（国家授时中心）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 致谢3-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 1 引言14-18
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 国内外研究现状15-16
• 1.3 课题研究目的与意义16
• 1.4 论文的主要内容与安排16-18
• 2 对流层对卫星导航系统的影响18-26
• 2.1 卫星导航系统误差分析18
• 2.2 对流层延迟误差18-23
• 2.2.1 只与高度角有关的简单模型19-20
• 2.2.2 Marini模型20
• 2.2.3 Hopfield模型20-21
• 2.2.4 Saastamoinen模型21-22
• 2.2.5 Black模型22-23
• 2.3 气象参数对对流层延迟误差的影响23-26
• 3 温湿压测量仪的设计26-34
• 3.1 温湿压测量仪的设计要求26-28
• 3.1.1 温湿压测量仪的指标要求26-27
• 3.1.2 温湿压测量仪的接口要求27-28
• 3.2 关键芯片选型28-29
• 3.2.1 核心处理器28
• 3.2.2 温湿度传感器28-29
• 3.2.3 气压传感器29
• 3.3 温湿压测量仪的设计方案29-34
• 3.3.1 温湿压测量仪的组成30-31
• 3.3.2 温湿压测量仪的工作原理31-34
• 4 温湿压测量仪的实现34-56
• 4.1 硬件结构的实现34-40
• 4.1.1 气压采集电路35-36
• 4.1.2 温湿度采集电路36-37
• 4.1.3 外部程序存储电路37-38
• 4.1.4 电源模块38-40
• 4.2 软件功能的实现40-56
• 4.2.1 I2C接口控制40-44
• 4.2.2 GPIO接口控制44-47
• 4.2.3 数据处理模块47-49
• 4.2.4 RS232 接口控制49-53
• 4.2.5 时钟控制53-56
• 5 温湿压测量仪性能测试56-62
• 5.1 温湿压测量仪功能测试56-57
• 5.2 温湿压测量仪性能测试57-61
• 5.2.1 与区域自动气象站的数据比对57-60
• 5.2.2 与IGS MAP的对流层延迟的数据比对60-61
• 5.3 实验结果分析61-62
• 6 温湿压测量仪的使用效果分析62-74
• 6.1 基于实时气象参数的对流层延迟模型分析62-65
• 6.1.1 不同对流层模型间的横向比对62-63
• 6.1.2 与IGS对流层数据的比对63-65
• 6.2 不同气象参数对对流层延迟计算结果的影响65-71
• 6.2.1 温度值变化对对流层延迟的影响65-67
• 6.2.2 湿度值变化对对流层延迟的影响67-69
• 6.2.3 气压值变化对对流层延迟的影响69-71
• 6.3 对流层延迟模型比对结果分析与总结71-74
• 7 总结与展望74-76
• 7.1 主要完成的工作74
• 7.2 下一步工作展望74-76
• 参考文献76-78
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果78

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本文编号：396665