电磁波的传播.ppt

大气层对电磁波传播的影响 应物92 于莉 090930301.大气层的结构与性质 由于地球引力的作用，大气质量在垂直方向上分布极不均匀，主要集中在大气底部。同时大气在垂直方向上的物理性质差异也很大，根据温度、成分和荷电等物理性质的不同，大气可分为性质各异的若干大气层。按不同标准有不同的分层方法，根据对电磁波传播的不同影响，一般分为对流层和电离层。对流层是指从地面向上约40km范围内的大气底层，占整个大气质量的99%。对流层虽仅有少量带电离子，但却具有很强的对流作用，云、雾、雨、雪、风等主要天气现象均出现其中。该层大气中除了含有各种气体元素外，还含水滴、冰晶和尘埃等杂质，对电磁波的传播有很大影响。电离层分布于地球大气层的顶部，约在地面向上70km以上范围。大部分大气分子发生电离，具有密度较高的带电粒子。电磁波在电离层中的传播速度与频率相关，电离层属于弥散性介质。2.对流层的影响与改正 在对流层中，折射率略大于1，随着高度的增加逐渐减小，当接近对流层顶部时，其值接近于1。对流层的折射影响，在天顶方向（高度角900）可产生2.3m的电磁波传播路径误差，当高度角为100时，传播路径误差可达20m。在精密定位中，对流层的影响必须顾及。在卫星大地测量中，不可能沿电磁波传播路线直接测定对流层的折射数，一般可以根据地面的气象数据来描述折射数与高程的关系。根据理论分析，折射数的干分量与高程H的关系为 Hd如下经验公式。由于大气湿度随地理纬度、季节和大气状况而变化，尚难以建立折射数湿分量的理论模型，一般采用与干分量相似的表示方法高程的平均值取为Hw=11000m积分可得沿天顶方向对流层对电磁波传播路径影响的近似关系：数字分析表明，在大气的正常状态下，沿天顶方向，折射数干分量对电磁波传播路径的影响约为2.3m，约占天顶方向距离总误差的90%，湿分量的影响远较干分量影响小。实际观测时，观测站接收的卫星信号往往不是来自天顶，此时在考虑对流层影响时必须顾及电磁波传播方向的高度角。3.电离层的影响与改正在电离层中，由于太阳和其它天体的强烈辐射，大部分气体分子被电离，产生了密度很高的自由电子，在离子化的大气中，单一频率正弦波相折射率的弥散公式：当取常数值et=1.602110-19，me=9.11 10-31，0=8.859 10-12，并略去二次微小项，可得：根据群折射率与相折射率的关系，可得可见，在电离层中，相折射率和群折射率是不同的。当电磁波沿天顶方向通过电离层时，由于折射率的变化而引起的传播路径距离差和相位延迟，一般可写为：由相折射率和群折射率引起的路径传播误差(m)和时间延迟(ns)分别为由于影响电离层电子密度的因素复杂（时间、高度、太阳辐射及黑子活动、季节和地区等），难以可靠地确定观测时刻沿电磁波传播路线的电子总量。对GPS单频接收用户，一般均利用电离层模型来近似计算改正量，但目前有效性不会优于75%。即当电离层的延迟为50m，经过模型改正后，仍含有约12.5m的残差。如何消除电离层的影响：（1）利用两种不同的频率进行观测两种频率电磁波同步观测时电离层对传播路径的影响分别为可得消除电离层折射影响的距离：同理可得不同频率电磁波的相位延迟关系以及经过电离层折射改正后的相位值：到此电离层的影响得到修正。谢谢