對流層折射改正是對電磁波通過對流層時由於傳播速度的變化以及傳播路線彎曲而產生的折射誤差所進行的改正。
基本介紹
- 中文名：對流層折射改正
- 外文名：correction for the tropospheric refraction
- 對象：電磁波
- 折射誤差原因：電磁波傳播速度的變化和路線彎曲
- 領域：測繪科學與技術
- 影響：大氣壓力、溫度和濕度等
簡介,背景,原理,減弱殘差的方法,
簡介
對流層折射改正（correction for the tropospheric refraction）是對電磁波通過對流層時由於傳播速度的變化以及傳播路線彎曲而產生的折射誤差所進行的改正。電磁波的對流層延遲與對流層的大氣折射率和電磁波傳播方向有關，而對流層大氣折射率與大氣壓力、溫度和濕度有關。為減少對流層延遲可通過實測測區的氣象資料，利用同時顧及了大氣折射率和電磁波傳播方向影響的對流層大氣折光模型進行改正，可減少對流層延遲的92%～93%。當基線較短、兩個測站的氣象條件一致且較穩定時，利用基線兩端的同步觀測進行相對定位,即可較好地減弱大氣折光的影響。
背景
在對流層中，折射率略大於1，隨著高度的增加逐漸減小，當接近對流層頂部時，其值接近於1。對流層的折射影響，在天頂方向（高度角90°）可產生2.3m的電磁波傳播路徑誤差，當高度角為10°時，傳播路徑誤差可達20m。在精密定位中，對流層的影響必須顧及。
原理
通常將對流層的大氣折射分為乾分量和濕分量兩部分。乾分量引起的電磁波傳播路徑距離差主要與地面的大氣壓力和溫度有關；濕分量引起的電磁波傳播路徑距離差主要與傳播路徑上的大氣狀況密切相關。
考慮乾、濕分量的折射數，由地球表面向上沿天頂方向的電磁波傳播路徑為
公式S0為電磁波在真空中的傳播路徑，Hd為當Nd趨近於0時的高程值（約40km）， Hw為當Nw趨近於0時的高程值（約10km）。則沿天頂方向電磁波傳播路徑的距離差為
公式在衛星大地測量中，不可能沿電磁波傳播路線直接測定對流層的折射數，一般可以根據地面的氣象數據來描述折射數與高程的關係。由於大氣濕度隨地理緯度、季節和大氣狀況而變化，尚難以建立折射數濕分量的理論模型，一般採用與乾分量相似的表示方法。積分可得沿天頂方向對流層對電磁波傳播路徑影響的近似關係：
公式數字分析表明，在大氣的正常狀態下，沿天頂方向，折射數乾分量對電磁波傳播路徑的影響約為2.3m，約占天頂方向距離總誤差的90%，濕分量的影響遠較乾分量影響小。實際觀測時，觀測站接收的衛星信號往往不是來自天頂，此時在考慮對流層影響時必須顧及電磁波傳播方向的高度角。比較精確的一種形式如下，其中HT為觀測站的高程，單位m。
公式目前採用的各種對流層模型，即使套用實時測量的氣象資料，電磁波的傳播路徑，經過對流層折射改正後的殘差，仍保持在對流層影響的5%左右。
減弱殘差的方法
減弱對流層折射改正項殘差影響主要措施：
1、儘可能充分地掌握觀測站周圍地區的實時氣象資料。
2、利用水汽輻射計，準確地測定電磁波傳播路徑上的水汽積累量，以便精確的計算大氣濕分量的改正項。但設備龐大價格昂貴，一般難以普遍採用。
3、當基線較短時（20km），在穩定的大氣條件下，利用相對定位的差分法來減弱大氣折射的影響。
4、完善對流層大氣折射的改正模型。
