天波同步誤差

天波同步誤差是指在天波同步的羅蘭中，由於電離層變化對台站同步信號傳輸時間影響而引起的台站同步誤差。

衛星信號通過大氣層傳播到地面，由於大氣層並非均勻的媒介，所以對電波的傳播時延造成誤差，主要是由於電離層的折射、散射和對流層的折射效應引起的。

基本介紹

• 中文名：天波同步誤差
• 外文名：sky-wave statio error 
• 學科：航空航天
• 套用：羅蘭導航系統
• 產生原因：電離層變化
• 定位：台站同步誤差

定義

天波同步誤差是指在天波同步的羅蘭中，由於電離層變化對台站同步信號傳輸時間影響而引起的台站同步誤差。

羅蘭

隨著衛星導航定位系統在全世界範圍內全面投入使用後，其優良的導航性能和實用性己經被人們所熟知，但是近些年來，人們逐漸開始關注衛星導航系統自身存在的問題和不足，而且逐漸清楚地了解到把衛星導航定位系統作為未來導航唯一手段是不可靠的。通過對我國的實際國情考考量，同時借鑑美國、歐洲等導航先進國家的成功實際套用經驗，對於衛星導系統目前存在的系統風險我們非常清楚地認識到:我國不僅僅要大力提高開發和套用北斗衛星導航系統水平，同時也必須繼續大力發展陸基無線電導航系統的套用範圍和領域。一方面，陸基無線電導航系統羅蘭C可以作為衛星導航系統的良好補充;另一方面，依靠衛導系統的即時定位準確性對羅蘭C的定位誤差ASF(Additional Second-phase Facto：附加二次相位因子)修正進行校準，進而有效地提高了我國羅蘭C無線電導航系統套用的導航定位誤差；大大改善導航定位的幾何因子和定位精度，並且組合套用可以有效的降低衛星導航系統使用過程中的風險。

從平面幾何可知，在平面上，任一點的坐標可由兩條線相交確定。這些線可以是直線、圓、雙曲線。羅蘭C系統是一種相位雙曲線中遠程導航系統，它採用幾何定位原理。

在導航中，把具有固定導航參數的點的軌跡線(等值線)稱為位置線。羅蘭C系統的導航參數是用戶相對於兩導航台的距離差。至兩個地面導航台具有等距離差的位置線，是以該兩個地面導航台為焦點的雙曲線族。所以羅蘭C系統的一個距離差參數對應一條雙曲線位置線。雙曲線位置線的取得是基於在接收點測量來自兩個地面台信號到達時間之差，再根據電波傳播速度的恆值性，把時間差轉換成距離差。一個距離差對應於一條雙曲線位置線，多條位置線的交點即為定位點。

系統工作頻率為100kHz，屬於無線電波的低頻段。所有羅蘭C系統的信號載頻都相同。導航信號是100kHz載頻調製的脈衝信號，以脈衝組形式發射。脈衝組中的脈衝採用了相位編碼，主台脈衝組和副台脈衝組使用不同的編碼。不同的台鏈用不同的脈衝組重複周期來區分，同一台鏈各台則用相同的脈衝組重複周期。脈衝信號的包絡形狀是特別設計的，它能保證信號頻譜能量的99%以上集中在90~110kHz的頻帶之內，而且還有利於抑制天波干擾。

電離層延遲修正

衛星信號通過大氣層傳播到地面，由於大氣層並非均勻的媒介，所以對電波的傳播時延造成誤差，主要是由於電離層的折射、散射和對流層的折射效應引起的。但是電離層的折射、散射效應以及對流層的折射效應都具有一定的變化規律，通過建立合適的傳播誤差修正模型，這些誤差是可以修正到相當好的程度。

電離層由於太陽紫外線輻射以及X射線的輻射而成為電漿。一般來說將電離層分為4個層面，低電離層處於光化平衡，高電離層處於擴散平衡。若以N表示電子濃度，表示正離子濃度，則在電離層中有N=。還有因電子附在中性粒子上產生的負離子，則應與電子一併計入。N=的特性稱為電離層的電中性。在光化平衡區，電離和複合過程總是影響離子一電子對的數量，但總體上會維持平衡。在擴散平衡區，局部電中性是由電子和離子氣體之間禍合的靜電標高(“雙極”擴散)來維持的。

無線電波通過電離層時，由於大氣的存在，會使無線電波傳播速率減小。

電離層中影響衛星定位信號的主要參數就是TEC(積分電子濃度)。TEC表示無線電波從衛星到接收機傳播路徑時，每平方米的電子濃度。

TEC的值一般為，在極限情況下有可能到。這和太陽的活動有很大的關係。由於電離層形態的複雜性，無論是基於經驗型氣候或者是理論氣候模型，所有的電離層模型僅僅是考慮到一小部分由於太陽活動而引起的誤差。即使是中等海拔高度地區的每天電離層離子濃度變化也很劇烈，最好的模型也不過是對可能出現的誤差進行大致的估計。

電離層效應距離偏差可以通過建立電離層效應距離偏差改正模型來削弱，通常也有兩種方法:一是直接採用導航電文提供的電離層延遲改正數。此值是衛星在天頂方向(即仰角E=90度)的電離層延遲改正;二是依據導航電文提供的電離層延遲改正參數，按照Klobuchar模型計算可得。