Galileo改正电离层折射误差高阶项的方法

在研究电离层折射对Galileo测量的影响及电离层折射误差模型的基础上,针对Galileo系统中的4个频率,提出运用四频观测值将电离层折射误差改正至三阶项的方法,并推导了四频载波相位观测值无电离层折射组合方程,从而进一步提高了Galileo的定位精度。     

GPS现代化后电离层折射误差高阶项的三频改正方法

研究了电离层对GPS观测信号的主要影响及电离层折射误差模型,总结了电离层双频改正模型。针对GPS现代化中增加的第三频率,系统推导了三个频率的电离层改正模型及相位观测值无电离层组合(LC组合)模型。该模型将电离层折射误差模型改正至二阶项,可进一步提高GPS定位精度,同时,为GPS定位中其他误差的改正及分离、周跳的探测等提供了有力的技术手段。     

基于L5的GPS电离层折射误差改正

在分析电离层折射误差模型以及双频改正模型的基础上,在原有的双频数据处理方法之下,利用GPS现代化中新增的L5频率与原有的L1、L2频率进行新的双频组合,再利用双频组合解算来得出电离层折射误差,以取得双频最优改正值,进而即可对GPS的电离层折射误差进行有效的改正。同时,简单介绍利用三频观测值改正电离层折射误差二阶项的方法。这些方法的使用均可提高GPS电离层折射误差的改正精度,从而提高GPS的定位精度,扩大其应用的深度与广度。     

基于不同电离层模型的精密单点定位精度分析

随着PPP的发展与应用,对PPP误差源的研究更加精细、更加科学。电离层折射是高精度PPP的主要误差之一,国内外通用方法是用大气传播理论建立电离层修正模型。本文主要探讨了电离层对精密单点定位影响的基本理论,总结了目前常用方法;研究了Klobuchar模型的改正公式及计算方法;系统地研究了双频观测值建立消电离层延迟模型的理论和方法。使用相同时段的观测数据,将广播星历、Klobuchar模型和双频观测值改正消电离层模型的结果进行比较,发现用GPS双频观测值建立的消电离层模型的精度明显优于广播星历及Klobuchar模型。     

三种电离层延迟多频修正算法的比较

电离层延迟多频修正算法在修正电离层延迟的同时会放大观测噪声等伪距误差的影响。分析了电离层延迟双频修正、三频一阶修正和三频二阶修正三种修正算法及观测噪声的影响。以Galileo系统的四个载波频率为例,对不同频率组合下三种修正算法进行了比较。结果表明电离层延迟多频修正中,并不是观测量的频点数越多或修正掉的高阶项越多修正精度越高,还与观测伪距噪声的大小以及采用的修正方法有关。为多频测距系统的电离层延迟修正算法和最佳频率组合设计提供了一种可行的分析方法。     

TCAR/MCAR方法在不同距离基线模糊度求解中的应用

推导了考虑各项误差模型后的TCAR／MCARA方法，分析了不同距离基线的模糊度解算成功率；作为解算模糊度的关键，对电离层折射疾差进行了改正     

区域卫星导航系统无电离层组合定位精度分析

电离层折射误差是卫星导航系统定位的主要误差源之一。目前使用最广泛、最有效的电离层折射误差改正技术是双频技术。区域卫星导航系统具有3个频率的观测数据,可以形成多种消除电离层一阶项的观测组合以及消除电离层二阶项的观测数据。文中假设各个频率上的观测噪声相同,推导了B1/B2,B1/B3和B2/B3三种消电离层一阶项组合的表达式,其噪声放大因子分别为2.899,3.527和14.286;推导了B1/B2/B3消电离层一阶项且噪声最小组合的表达式,组合系数分别为6.179,-3.826和-1.000,该组合的噪声放大因子为2.865;推导了消除电离层二阶项组合的表达式,组合系数分别为-0.263,-0.749和1.000,该组合的噪声放大因子为35.748。利用实测的伪距数据对5种组合的定位误差进行了计算。定位结果表明,消电离层一阶项且噪声最小的定位精度最高;B1/B2,B1/B3和B2/B3组合定位精度依次降低;B1/B2/B3消电离层二阶项组合虽然消除了电离层二阶项,但噪声放大了35.748倍,因此其定位精度最差。     

卫星导航中电离层误差校正技术现状与发展

电离层误差严重影响着GNSS的定位精度,GPS、BDS、Galileo、GLONASS有不同的电离层误差校正方法.全文概述了电离层误差校正方法,综述了单频电离层误差校正、双频电离层误差校正及多频电离层误差校正等技术的原理与发展现状.在单频电离层误差校正技术中总结了增强系统中的电离层误差校正技术、北斗全球电离层延迟修正模型(BeiDou global ionospheric delay correction model,BDGIM)、Klobuchar模型、单频电离层误差校正技术的优化—附加国际参考电离层(international reference ionosphere,IRI)约束模型和NeQuick-G模型;在双频电离层误差校正技术中重点总结了双频消电离层误差、无电离层组合模型及PPP-RTK技术中电离层误差校正方法;在多频电离层误差校正技术中介绍了高阶项改正和地磁场建模对电离层误差校正技术的优化与改进.最后,对电离层误差校正技术及其改进方法进行了分析,总结了其发展趋势与方向.     

单频精密单点定位观测模型和电离层处理方法比较

利用单频码、相位和GRAPHIC组合3个观测量的两两组合可以构造3种单频精密单点定位观测模型:基于码和GRAPHIC观测量的C-G模型,基于GRAPHIC和相位观测量的G-P模型和基于码和相位观测量的C-P模型。针对电离层延迟改正问题,考虑了最高精度的模型改正方法——IGS格网电离层改正和估计电离层延迟参数两种方案。采用全球分布的15个IGS监测站16d的数据和一组机载动态GPS数据进行解算实验。结果表明,不同观测模型和不同的电离层延迟处理方法,定位效果有明显差异。     

卫星高度角变化对大气折射的影响

GPS定位的速度和精度与卫星高度角的选择密切相关。对对流层和电离层折射的误差模型进行了推导,计算了不同卫星高度角下大气折射偏差,分析了其变化趋势及定位时对水平误差的影响。对对流层折射改正和电离层折射改正的几种经典方法的优点及局限性进行了分析,总结了如何选择合适的卫星高度角并结合经典大气折射改正方法来提高GPS定位的速度和精度。     

不同NeQuick电离层模型参数的应用精度分析

Galileo采用NeQuick作为全球广播电离层模型,其实际应用中以有效电离水平因子Az代替太阳活动指数作为NeQuick的输入参数,并利用二次多项式拟合得到广播星历中播发的3个电离层参数。本文在总结和讨论NeQuick模型参数估计方法及其变化特征的基础上,分别以全球电离层格网、GPS基准站及JASON-2测高卫星提供的电离层TEC为参考,分析不同NeQuick模型参数(包括以太阳活动参数F10.7为输入的NeQuick2、以本文解算参数为输入的NeQuickC和以Galileo广播电离层参数为输入的NeQuickG)在全球大陆及海洋地区的应用精度,并与GPS广播的Klobuchar模型对比。结果表明,NeQuickG在全球范围内的修正精度为54.2%~65.8%,NeQuickC的修正精度为71.1%~74.2%,NeQuick2的修正精度与NeQuickG相当,略优于GPS广播星历中播发的Klobuchar模型。     

Galileo single frequency ionospheric correction: performances in terms of position

For GPS single frequency users, the ionospheric contribution to the error budget is estimated by the well-known Klobuchar algorithm. For Galileo, it will be mitigated by a global algorithm based on the NeQuick model. This algorithm relies on the adaptation of the model to slant Total Electron Content (sTEC) measurements. Although the performance specifications of these algorithms are expressed in terms of delay and TEC, the users might be more interested in their impact on positioning. Therefore, we assessed the ability of the algorithms to improve the positioning accuracy using globally distributed permanent stations for the year 2002 marked by a high level of solar activity. We present uncorrected and corrected performances, interpret these and identify potential causes for Galileo correction discrepancies. We show vertical errors dropping by 56–64 % due to the analyzed ionospheric corrections, but horizontal errors decreasing by 27 % at most. By means of a fictitious symmetric satellite distribution, we highlight the role of TEC gradients in residual errors. We describe mechanisms permitted by the Galileo correction, which combine sTEC adaptation and topside mismodeling, and limit the horizontal accuracy. Hence, we support further investigation of potential alternative ionospheric corrections. We also provide an interesting insight into the ionospheric effects possibly experienced during the next solar maximum coinciding with Galileo Initial Operation Capability.     

GNSS基本服务性能评估

针对现有全球卫星导航系统性能评估无规范的评估标准问题,该文提出了以统一模型和算法为评估体系的方法,较详细的评估了全球卫星导航系统公开服务信号的基本性能,主要评估了空间信号误差、广播电离层模型改正效率及伪距单点定位精度等。结果表明:空间信号误差方面,伽利略最优、GPS和北斗三号相当;广播电离层模型方面,北斗全球广播电离层模型改正效果最优,GPSK8与NeQuick模型在低中纬度改正效果相当,北斗区域电离层模型在其服务区内具有较高改正效果;定位方面,北斗、GPS和伽利略静态伪距单点定位的三维位置均方根误差优于5m,格洛纳斯优于10 m;动态伪距单点定位方面,北斗在中国境内定位精度最高;基于统一评估体系下,可以直观对比得到目前各卫星导航系统的性能差异,同时也为后续的建设提供相应的参考。     

Ionospheric error contribution to GNSS single-frequency navigation at the 2014 solar maximum

For single-frequency users of the global satellite navigation system (GNSS), one of the main error contributors is the ionospheric delay, which impacts the received signals. As is well-known, GPS and Galileo transmit global models to correct the ionospheric delay, while the international GNSS service (IGS) computes precise post-process global ionospheric maps (GIM) that are considered reference ionospheres. Moreover, accurate ionospheric maps have been recently introduced, which allow for the fast convergence of the real-time precise point position (PPP) globally. Therefore, testing of the ionospheric models is a key issue for code-based single-frequency users, which constitute the main user segment. Therefore, the testing proposed in this paper is straightforward and uses the PPP modeling applied to single- and dual-frequency code observations worldwide for 2014. The usage of PPP modeling allows us to quantify—for dual-frequency users—the degradation of the navigation solutions caused by noise and multipath with respect to the different ionospheric modeling solutions, and allows us, in turn, to obtain an independent assessment of the ionospheric models. Compared to the dual-frequency solutions, the GPS and Galileo ionospheric models present worse global performance, with horizontal root mean square (RMS) differences of 1.04 and 0.49 m and vertical RMS differences of 0.83 and 0.40 m, respectively. While very precise global ionospheric models can improve the dual-frequency solution globally, resulting in a horizontal RMS difference of 0.60 m and a vertical RMS difference of 0.74 m, they exhibit a strong dependence on the geographical location and ionospheric activity.     

几种电离层模型对单频单点定位的影响分析

针对实时GNSS单频定位中电离层延迟改正问题,本文采用可用于实时GNSS单频定位的几种电离层模型对电离层延迟进行改正并分析其对GNSS单频单点定位性能的影响。其中,对单频SPP的电离层延迟采用模型直接进行改正,采用Klobuchar模型、CODE的预报产品c1pg、原国家测绘地理信息局的实时球谐电离层产品cosong和CODE事后产品codg计算的电离层精度依次提高;采用不同电离层模型作为电离层估计的先验约束进行单频PPP定位。结果表明:采用精度较好的电离层产品作为先验约束可加快单频PPP收敛。     

BDS/Galileo四频精密单点定位模型性能分析与比较

北斗卫星导航系统和Galileo卫星系统都可以提供4个频率信号上的服务。本文通过与双频无电离层模型（DF）比较,评估分析了4种BDS/Galileo四频PPP模型性能,即四频无电离层双组合模型（QF1）、四频无电离层组合模型（QF2）、四频非差非组合模型（QF3）和附加电离层约束四频非差非组合模型（QF4）,同时通过等价性原则理论上证明了QF1、QF2、QF3模型的等价性。此外,用1个月参考站的静态数据和1组动态数据分析了四频静态,仿动态和动态PPP性能。试验结果表明,BDS-3 B1C和B2a新频点伪距噪声要略大于B1I和B3I信号,Galileo卫星4个频率上的伪距噪声相差并不明显。对于静态和仿动态PPP模型,QF1、QF2和QF3模型定位性能基本上一致。通过附加外部电离层约束,四频PPP模型性能受到影响,BDS（BDS-2+BDS-3）静态QF4模型相比于QF1、QF2和QF3模型平均收敛时间分别减少了4.4%、4.4%和5.4%,Galileo静态Q4模型平均收敛时间相比于Q3模型增加了16.8 min。对于动态PPP,四频PPP模型相比于双频PPP性能得到提升显著,相比于QF1模型,BDS和Galileo单系统QF4模型三维定位精度分别提高了11.4%和31.4%。BDS/Galileo双系统PPP性能要优于单系统PPP。     

NeQuick电离层模型在中国地区的应用

电离层延迟是影响GPS绝对定位精度的主要因素,对单频接收机尤为明显,Galileo系统广播星历拟采用NeQuick模型作为其电离层模型。本文介绍了NeQuick模型及其模型最优化,给出了利用NeQuick模型计算电离层总电子含量(TEC)的方法,利用国内部分观测台链提供的北京和武汉的TEC,并与NeQuick模型所给出的结果进行对比分析,最后给出NeQuick模型在中国地区使用的初步结论。