联合BDS/GPS的北斗广域差分实时电离层延迟格网改正方法研究

研究并实现中国区域北斗广域差分实时电离层延迟格网改正算法，针对北斗单系统实时建立电离层延迟格网的不足，提出联合BDS/GPS的北斗广域差分实时电离层延迟改正方法。比较BDS、GPS以及BDS/GPS观测的实时电离层延迟格网，并利用北斗单频单点伪距定位进行精度验证。结果表明，在有效格网点覆盖充足的地区，BDS与GPS实时电离层延迟格网定位效果相当；而联合BDS/GPS观测的实时电离层延迟格网极大提高了偏远地区的单频定位精度与可定位历元数，也使原本单系统格网覆盖充足的地区定位效果得到进一步增强和稳定。     

星载单频GPS实时精密定轨模型研究

采用星载单频GPS伪距和相位观测数据，构建单频伪距相位无电离层组合(GRAPHIC)消除电离层延迟误差的影响，同时建立伪模糊度参数随机模型，吸收广播星历中的轨道和钟差误差。对国内外8颗低轨卫星星载GPS实测数据进行单频实时定轨模拟解算，结果表明，使用GRAPHIC组合作为主要观测值，实时定轨位置精度达到0.44~0.55 m，速度精度达到0.37~0.63 mm/s，相比于传统的基于双频伪距观测值的实时定轨方式，定轨精度提升40%左右。根据本文星载单频GPS定轨模型和算法，仅使用低成本的单频GPS观测即可以实现低轨卫星高精度实时定轨。     

融合BDS/GPS/GLONASS反演全球电离层特性研究

融合BDS/GPS/GLONASS三系统,采用载波相位平滑伪距观测值和球谐函数建立电离层延迟改正模型,并进行全球电离层反演实验。结果表明,电离层延迟格网值与IGS各分析中心最终产品对比,精度均在4 TECu以内,均值为0.675 TECu。〖JP2〗与基准站GNSS实测TEC比较,差值的均值在5 TECu以内。对计算得到的频间偏差月综合产品进行外符合精度和稳定性分析表明,GPS精度优于GLONASS,而BDS稳定性较差。     

地基GNSS区域电离层延迟实时格网算法研究

采用中国区域陆态网络跟踪站的GNSS数据,利用载波相位平滑后的组合伪距观测值提取电离层延迟,扣除由CODE产品确定的卫星硬件延迟,利用半变异函数确定VTEC的空间相关性以及由经验值确定的时间相关性,建立VTEC和接收机DCB的随机模型,实现区域电离层实时格网建模。结果表明,模型99.7%的残差分布在1 m以内,内符合精度约0.3 m。以IGS电离层GIM为参考,格网点VTEC周日变化特征与之符合较好。接收机硬件延迟比较稳定,日变化量在1.5 ns以内;利用IGS卫星硬件延迟和球谐系数,从原始观测信息中分离出区域测站接收机硬件延迟,以此为参考,周日均值较差在2 ns以内。     

两种电离层延迟改正模型对星载单频GPS实时定轨精度的影响

采用单频星载GPS实测伪距和载波相位观测值,结合不同的电离层延迟改正模型进行模拟实时定轨实验,分析单频实时定轨的精度。不同轨道高度的低轨卫星实验结果表明,在卫星轨道较高(500 km以上)时,使用单频伪距观测值与改进的Klobuchar模型,实时定轨位置精度可达0.86 m(三维RMS),速度精度可达0.9 mm/s,接近甚至优于双频伪距实时定轨的轨道精度;使用单频码相无电离层组合观测值时,实时定轨位置精度可达0.54 m,速度精度可达0.55 mm/s。采用合适的电离层延迟改正模型,廉价的单频星载接收机可应用于微小卫星的实时定轨。     

变异系数赋权法确定GNSS系统硬件延迟

采用平均实时去噪分离方法处理相位平滑伪距数据，研究GNSS系统硬件延迟估计的随机模型。针对高度角定权、等精度定权等经验定权法参数估计不客观的问题，选取高度角平方和相位平滑值作为质量指标，提出变异系数赋权法，该方法能够顾及观测值的多种随机影响因素，具有较强的数学理论基础。实验结果表明：1）模型拟合精度与观测数据和测站位置有关，测站位置电离层周日变化越平稳、观测数据越充足，模型拟合精度越好；2）变异系数赋权法计算的模型拟合精度优于高度角定权法；3）在参数估计的精度和稳定性方面，变异系数赋权法优于高度角定权法，单天数据的解算精度提高0.2 ns。     

联合GPS相位观测值与全球电离层图提取区域电离层TEC

提出一种结合GPS相位观测值与全球电离层图提取区域电离层总电子含量的方法。由于没有采用伪距观测值,无需考虑差分码偏差的影响。实验表明,在不同区域以及不同电离层活动条件下,用该方法改正电离层延迟,其单频定位精度较采用全球电离层图有显著提高,与采用相位平滑伪距电离层延迟改正的结果总体上相当。     

伪距相位和无几何相位组合探测与修复多频周跳的比较

基于三频伪距相位和无几何相位组合周跳探测与修复的基本原理,分别推导周跳探测的阈值条件,研究组合量的优化选取模型|以组合量标准差最小为原则并综合历元间电离层延迟误差,选取适合于北斗三频数据的伪距相位和无几何相位组合。实验结果表明,两种方法均能实时探测和修复所有模拟的周跳|综合算法计算量、复杂性和舍入误差,首选伪距相位组合法。     

GPS双频相位平滑伪距在卫星预报钟差精度评定中的应用

利用Hatch滤波对双频消电离层组合伪距观测值进行相位平滑讨论,对原Hatch滤波公式中的定权方法进行了改进.在此基础上,利用伪距与星地距比对法对广播星历中卫星预报钟差精度评定进行了研究.计算结果表明:载波相位平滑能有效地提高伪距观测量的精度,从而提高伪距与星地距比对法评估卫星预报钟差的可行性.利用双频消电离层相位平滑伪距计算的卫星钟差精度优于1 ns(1σ),测定的卫星钟差与实际卫星钟差不存在系统差.     

电离层残差辅助北斗三频伪距载波相位组合周跳探测

提出一种基于单差模型的电离层残差辅助伪距相位组合周跳探测方法。基于北斗三频实测数据,以波长、电离层延迟系数与噪声为约束条件,优化选取3个线性无关的超宽巷（EWL）、宽巷（WL）组合(0,-1,1)、(1,4,-5)、(4,-2,-3), 并利用伪距相位组合法进行周跳的探测与修复。实验结果表明,这3个组合甚至可以实时探测出原始频点上1周的小周跳。针对三频伪距相位组合周跳探测法可能出现的误探情况,提出利用电离层残差法辅助三频伪距相位组合周跳探测的方法,即首先利用原始观测量求出历元间电离层残差,再将相邻历元间所求的历元间电离层残差二次作差。实验表明,该方法可以实时准确地探测与修复不同基线下单差的各类大小周跳。     

用顾及大气层延迟的PVA模型Kalman滤波解算载体运动加速度

为解算航空重力测量中的载体运动加速度,对GPS载波相位伪距双差观测量进行分析。考虑对流层延迟和电离层延迟的影响,并通过对载体的运动学建模,提出一种基于PVA模型的Kalman滤波算法。相对于传统的差分方法,该算法可从相位观测量中直接解算载体运动加速度。通过仿真分析验证,采用自适应Kalman滤波,得到的未经低通滤波处理的载体加速度标准差为7.26×10-3 m/s2。     

不同GNSS观测组合提取伪距多路径效果比较

推导了伪距多路径提取公式,计算了相应观测组合提取伪距多路径的组合系数。以载波噪声放大比例为评价指标,对比分析各组合观测提取伪距多路径的效果,然后利用BDS和GPS数据进行验证。结果表明,仅进行电离层一阶改正时,三频伪距/载波组合提取伪距多路径效果最好;基于三频二阶电离层改正的伪距多路径提取会过分放大载波噪声,但能消除电离层系统误差;基于双频组合提取伪距多路径时,两频率相差最大的观测组合提取伪距效果最好;同一组合观测提取不同频点伪距多路径时,提取最大频率信号上的伪距效果最好。     

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基于FCM算法的BDS三频载波相位组合观测值优化选取

针对传统GNSS载波相位组合观测值选取过程中效率低、工作量大的问题，在对BDS三频载波相位组合观测值的波长标准、电离层延迟标准、观测噪声标准进行误差分析的基础上，以长波长、弱电离层、弱观测噪声标准作为聚类指标，采用模糊C均值聚类算法对BDS三频载波相位组合观测值进行优化分类选取，最后通过矩阵变换法和实测数据对优化组合进行整周模糊度解算，对组合模糊度方差-协方差阵以及历元间模糊度差值进行分析，证明该方法的可行性和可靠性。     

BDS参考站间低高度角卫星三频整周模糊度解算方法

针对BDS参考站间低高度角卫星整周模糊度受大气延迟误差影响较大、难以正确固定等问题,提出一种BDS参考站间低高度角卫星三频整周模糊度确定方法：首先根据超宽巷整周模糊度长波长的优势确定双差超宽巷整周模糊度,并利用其与双差宽巷组合观测值所受电离层延迟误差较为接近的特性搜索确定双差宽巷整周模糊度;然后将双差整周模糊度之间的线性关系作为约束条件,高高度角卫星双差整周模糊度根据双频无电离层组合模型确定;利用固定模糊度的高高度角卫星建立参考站间双差电离层延迟误差空间线性模型,实现对低高度角卫星电离层延迟误差的削弱;最后将固定双差整周模糊度的高高度角卫星双差载波相位观测方程作为距离约束,进一步搜索确定低高度角卫星的双差整周模糊度。