长波传播时延变化与温度的相关性分析及建模

发布时间：2021-12-17 14:25

　　地基长波导航/授时系统是国家PNT体系的重要组成部分,是GPS、北斗等星基导航/授时系统在电磁干扰及物理遮挡环境下的重要备份系统,而传播时延的高精度预测是提高其导航/授时精度的关键因素之一。本文在对我国蒲城长波授时台信号进行长期监测的基础上,分析了长波信号沿地表传播时的时变特性,研究了传播时延与温度之间的相关性,采用最小二乘法构建了长波传播时延随温度变化的时变模型。结果显示,模型预测结果与实测结果吻合较好,可有效提高时延预测精度。 

【文章来源】：科技通报. 2020,36(04)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

实验测量系统

图3为XUT接收点传播时延的日变化情况。从图3中可以看出，1日之内传播时延并不是恒定不变的，其值在夜间较小，日出前后达到最低值，而后逐渐增大，15时左右达到最大值。而引起传播时延随时间变化的主要原因有:(1)传播路径上大气折射率随时间的改变[17,21]。由于对流层中大气温度、湿度和压力等因素随时间的改变，导致大气折射率呈现出时变的特点，从而影响电波传播的特性，且传播距离越长时，这种影响越明显。(2)传播路径上大地电参数(主要是大地电导率)随时间的变化。大地导电特性除与地面介质类型(如土壤、沙漠、湖泊、海水等)有关外，还与介质的温度、含水量以及盐度、矿物质等因素有关[19,22-23]，而这些因素与气象、气候以及季节变化等有着密切的关系。尽管我们目前无法对地面的这些因素进行大规模长期的测量，但其变化与气象信息中温度、湿度、降水量等因素的改变有着必然的联系。为此，课题组利用中国气象网收集了接收点附近同期的温度信息，并与传播时延进行了比对，结果如图4所示。由图可见，传播时延与温度之间有着近似线性的关系，温度升高或降低的同时，传播时延也会发生同样的变化。表1给出了4 d的传播时延与温度之间的相关值，其相关性均达到90%以上。

地基长波导航系统通常由1个主台和2～3个副台组成台链，基于双曲线定位原理，通过测量主副台的时差来实现定位。即在某观测点测量同一台链不同副台与主台的信号到达时间差，并将时间差转换为距离差。而具有相同距离差的点的轨迹是一条双曲线，多组双曲线的交点就确定了观测点的位置(原理如图1所示)[20]。由图1可见，长波信号在沿地球表面传播的过程中，传播路径上地形起伏变化、地貌植被变化、地质类型变化以及季节、气候、天气等因素的变化均会引起传播时延发生复杂的变化，这种变化不仅是空变的，更是时变的，而将时变的时延差转换为距离差的过程中必然产生定位误差。通常情况下，传播时延的时变量可达数百纳秒甚至微秒量级[16]，对应的定位误差就是数十到数百米。随着长波导航系统精度需求的不断提高，要实现与GPS、北斗等星基导航系统相媲美的精度，需要对传播时延的时变特性进行系统的研究。而传播时延时变特性的研究与时变规律的掌握则需建立在对地基长波导航/授时信号进行长期监测与分析的基础之上。

【参考文献】：
期刊论文
[1]增强罗兰导航技术的研究现状和进展[J]. 胡安平,龚涛.  现代导航. 2016(01)
[2]PNT系统体系结构与PNT新技术发展研究[J]. 刘钝,甄卫民,张风国,欧明.  全球定位系统. 2015(02)
[3]长波授时附加二次相位因子ASF误差分析[J]. 李瑞敏,苏建峰,王娜.  宇航计测技术. 2012(03)

硕士论文
[1]罗兰C组合导航中地波ASF修正的研究[D]. 陈秀明.中国科学院研究生院（国家授时中心） 2007



本文编号：3540309