基于数据质量分析的TECR周跳处理算法

针对电离层活跃期或磁暴发生时,现有周跳探测算法未能正确探测并修复周跳的问题,提出了基于数据质量分析的电离层总电子含量变化率（以下简称电离层速率,TECR）拟合残差算法。通过对电离层拟合残差进行数据质量分析,可自适应确定最优拟合历元数,利用此历元数拟合得到的TECR拟合值可有效削弱电离层延迟影响。为保证周跳修复的准确性,采用搜索再判定与TECR补充检测方法对周跳修复值进行验证与确认。通过高电离层延迟条件下的实测数据对本文算法进行验证分析,实验结果表明该方法能够消除电离层延迟影响,实现电离层活跃期时的周跳探测与修复。     

雷达信号闪烁的相位梯度自聚焦波形拟合算法

针对轨道器雷达在对火星浅层地表探测时，受火星电离层的影响信号方位向相位闪烁问题，该文对HF频段相位误差补偿方法进行系统研究，面向孤立强散射点存在的雷达成像场景，提出了利用Epstein函数的相位梯度自聚焦波形拟合算法(WF-PGA)。同时针对信号方位向波形畸变和非对称性，引入Epstein函数对归一化幅度进行偏态曲线拟合，并采用动态窗宽来保证算法的自适应性，最终达到对雷达信号闪烁效应的抑制作用。通过对仿真数据进行算法实验，结果表明，该算法能有效提升相位误差重建精度，提高对轨道器雷达闪烁效应的抑制效果。     

三频电离层延迟改正中多路径误差和观测噪声的削弱算法

多频测距系统可以借助多频观测数据削弱电离层延迟的影响,但多频改正算法在改正电离层延迟项的同时会不同程度地放大多路径误差、观测噪声等伪距误差的影响。其中利用三频数据可以将电离层延迟改正至二阶项,也可以只改正至一阶项,分别称为三频二阶改正和三频一阶改正。首次推导了利用三频观测数据削弱伪距中多路径效应和观测噪声等误差的算法,使三频电离层延迟改正中伪距误差的影响大大减小。通过对三频实测数据的处理和分析验证了算法的有效性并给出了一些有益的结论和建议:在利用三频观测数据进行电离层改正时,首先改正伪距中的多路径误差和观测噪声,然后采用三频二阶改正算法将电离层延迟改正至二阶项,将有效提高伪距改正精度。如果不能有效削弱这些误差的影响,宜采用三频一阶改正或双频改正。     

利用GPS观测值建立格网电离层模型的探讨

介绍了建立格网电离层延迟模型的基本原理,着重阐述了多面函数算法、距离加权算法的原理以及用这2种算法建立区域格网电离层延迟模型的方法,并利用地壳网络观测数据对这2种算法进行检核。结果表明这2种模型均可达到±0.5 m 的精度。     

一种适用于电离层层析成像的TV-MART算法

针对电离层电子密度重构问题,提出了一种综合利用总变差最小化(toalvariation,TV)与乘法代数重构算法(multiplicativealgebraicreconstructiontechnique,MART)的电离层层析成像算法。该算法对反演模型的参数施加总变差约束,以提高反演过程的稳定性和结果的精确性。通过模拟数据和实测数据对模型的重构结果进行验证,结果表明,相对于乘法代数重构算法,该算法能够有效地提高电离层电子密度的重构精度。     

电离层延迟变化自模型化的载波相位平滑伪距算法

传统的单频载波相位平滑伪距算法因受到电离层延迟变化的影响,容易出现平滑结果发散和精度下降的问题,而现有的解决方案对精度提高有限或需要外部精密电离层改正数据的支持。本文研究了电离层的变化规律并建立回归模型,在此基础上提出了一种自模型化电离层延迟变化的单频载波相位平滑伪距算法。此算法利用伪距和载波观测量中含有的电离层延迟信息进行电离层延迟建模,从平滑伪距中扣除了历元间电离层延迟变化值,有效避免了平滑伪距的发散问题。利用自编软件GNSSer实现了电离层自模型化的载波平滑伪距算法,并采用静态与动态实测观测数据进行了定位试验和精度分析。算例结果表明:①长时段常规Hatch滤波受电离层影响非常严重;②自模型化电离层延迟可达厘米级的精度,在30 min窗口内,使用线性移动开窗拟合法效果最佳;③自模型化电离层改正可以有效消除平滑伪距电离层影响,随着时段窗口的增加,精度没有降低;④利用本文提出的算法进行逐历元单频平滑伪距单点定位,在静态与动态的NEU方向都达到了亚分米级别的定位精度,其中,动态定位测试中水平和高程方向精度为6.25和10.4 cm,比原始伪距分别提高了5.4倍和3.3倍。     

WAAS电离层网格改正算法在中国地区部分站点的试算精度

利用我国及周边地区18个GPS台站、2000年1月、2月的观测数据，考察了FAA WAAS电离层折射误差网格修正算法在中国地区部分站点的精度。结果表明，该算法对于中高纬度的用户站精度较高，误差较小；在地磁纬度较低的地区精度明显下降，误差较为显著。在电离层暴期间，部分用户站的修正精度大量降低，此外，白天、傍晚时段电离层网格改正算法的修正精度较低，而凌晨、夜间的精度相对较高。     

基于残差统计特性的中国区域格网电离层GIVE算法优化

北斗星基增强(BDSBAS)系统播发格网电离层改正数和格网电离层完好性参数GIVE,用以提升GNSS系统的服务精度并实现区域电离层活动完好性监视,以满足精密进近(GLS PA)需求.本文在实现BDSBAS格网电离层粗差剔除与改正数计算的基础上,提出了一种电离层完好性参数GIVE的优化方法,进而评估了BDSBAS格网电离层的应用精度.BDSBA S格网电离层格网点延迟估计采用平面拟合算法计算,异常数据剔除采用稳健的中值容错算法,GIVE的估计考虑了电离层残差分布的偏度与峰度统计特性,能够实现对电离层异常活动的及时响应.2020年1月实测数据分析结果表明,BDSBAS格网电离层修正精度(RMSE)为2～3 TECU,改正百分比达到75％ ～79％,GIVE包络率优于99.9％.修正格网电离层后可提升GPS定位精度20％ ～40％.     

利用无几何消电离层组合实现北斗三频周跳探测与修复

针对强电离层延迟影响周跳探测与修复精度的问题,本文基于北斗三频数据特性构建了无几何消电离层组合,并对其组合系数进行了筛选。然后,联合MW（Melbourne-Wbbena）组合和电离层残差法构建周跳检验量实现对北斗三频实测数据的周跳探测与修复。在试验过程中通过设置不同类型的周跳组合对本文算法进行全面有效地检验。试验结果表明：本文算法能够探测出所有大小的周跳,包括不敏感周跳,并能将其完整地修复。     

EGNOS电离层延迟改正数分析

EGNOS是一个广域增强系统,向用户提供电离层改正数是其服务内容的一部分。本文分析了EGNOS电离层改正数的结构,介绍了用户的电离层改正数算法流程。结合EGNOS在中国测试的实际数据,对EGNOS电离层改正数进行了分析。通过对EGNOS的电离层改正数分析可以为我国的广域增强系统提供技术参考。     

A new two-step algorithm for ionospheric tomography solution

Ionospheric tomography inverse algorithms are usually an ill-conditioned problem because the geometric distribution of continuously operating reference GPS stations is not ideal for this task. In order to cope with such ill-conditioning, a new tomographic algorithm, termed two-step algorithm (TSA), is presented. The electron density is estimated in two steps: Phillips smoothing method (PSM) is first used to resolve the ill-conditioned problem in the ionospheric tomography system, and then, the PSM solution is input as an initial value to the multiplicative algebraic reconstruction technique (MART) and iteratively improved. Numerical simulations using the International Reference Ionosphere 2007 model demonstrate that the TSA is applicable to GPS-based ionospheric tomography reconstruction and is superior to PSM and MART when these techniques are used alone. The new algorithm is applied to reconstruct the ionospheric electron density distribution over China using GPS observations, and a comparison with ionosonde observations is made.     

利用区域地基GPS的电离层层析成像研究

电离层是近地空间的重要组成部分,如何对电离层的异常扰动进行合理监测与预报一直是空间物理领域的研究课题。本文将计算机层析成像技术引入到电离层扰动监测中,利用大量的区域地基GPS观测数据,借助代数层析迭代算法反演得到三维电离层电子密度;并将层析结果与国际电离层参考模型IRI2007进行对比分析,结果表明:地基GPS层析所得的电离层电子密度与IRI2007基本一致,但层析结果精度略高于IRI2007模型。     

一种融合测高仪与地面GPS数据的单站电离层反演方法

电离层层析成像技术非常适用于检测电离层电子密度的大尺度空间分布及其扰动。利用地面单站的GPSTEC值和另一站的数字测高仪观测数据,结合国际参考电离层（IRI）,利用MART算法反演得到测站上空电子密度的垂直分布。利用白天和夜间的实测数据进行了CIT反演,结果表明了该方法的可靠性。     

一种改进的电离层层析投影矩阵生成算法

<正>确建立投影矩阵是电离层层析的必要条件。由于反演区域较大且观测数据繁多,同时考虑到离散后格网的复杂性,传统的投影矩阵的计算算法中存在大量的重复计算,严重影响计算效率。文中对传统算法流程进行调整,在不改变计算结果的情况下,消除冗余计算,大大提高了计算效率。     

A modified three-dimensional ionospheric tomography algorithm with side rays

The three-dimensional ionospheric tomography (3DCIT) algorithm based on Global Navigation Satellite System (GNSS) observations have been developed into an effective tool for ionospheric monitoring in recent years. However, because the rays that come into or come out from the side of the inversion region cannot be used, the distribution of the rays in the edge and bottom part of the inversion region is scarce and the electron density cannot be effectively improved in the inversion process. We present a three-dimensional tomography algorithm with side rays (3DCIT-SR) applying the side rays to the inversion. The partial slant total electron content (STEC) of side rays in the inversion region is obtained based on the NeQuick2 model and GNSS-STEC. The simulation experiment results show that the algorithm can effectively improve the distribution of GNSS rays in the inversion region. Meanwhile, the iteration accuracy has also been significantly improved. After the same number of iterations, the iterative results of 3DCIT-SR are closer to the truth than 3DCIT, in particular, the inversion of the edge regions is improved noticeably. The GNSS data of the International GNSS Service (IGS) stations in Europe are used to perform real data experiments, and the inversion results show that the electron density profiles of 3DCIT-SR are closer to the ionosonde measurements. The accuracy improvement of 3DCIT-SR is up to 56.3% while the improvement is more obvious during the magnetic storm compared to the case of a calm ionospheric state .     

Cycle slip detection and repair for undifferenced GPS observations under high ionospheric activity

We develop a new approach for cycle slip detection and repair under high ionospheric activity using undifferenced dual-frequency GPS carrier phase observations. A forward and backward moving window averaging (FBMWA) algorithm and a second-order, time-difference phase ionospheric residual (STPIR) algorithm are integrated to jointly detect and repair cycle slips. The FBMWA algorithm is proposed to detect cycle slips from the widelane ambiguity of Melbourne–Wübbena linear combination observable. The FBMWA algorithm has the advantage of reducing the noise level of widelane ambiguities, even if the GPS data are observed under rapid ionospheric variations. Thus, the detection of slips of one cycle becomes possible. The STPIR algorithm can better remove the trend component of ionospheric variations compared to the normally used first-order, time-difference phase ionospheric residual method. The combination of STPIR and FBMWA algorithms can uniquely determine the cycle slips at both GPS L ₁ and L ₂ frequencies. The proposed approach has been tested using data collected under different levels of ionospheric activities with simulated cycle slips. The results indicate that this approach is effective even under active ionospheric conditions.     

层析模型在GNSS探测电离层中的研究进展

在利用全球导航卫星系统GNSS(GPS、GLONASS、Galileo等卫星定位系统)进行精密定位和导航时,电离层延迟误差是影响其精度和准确度的主要误差源之一,故对电离层模型研究至关重要。本文介绍了传统电离层模型的缺点,重点阐述了不同的电离层层析方法,同时分析了现在电离层层析方法所存在的主要问题,最后介绍了目前全世界电离层层析模型的研究展望。     

削弱电离层影响的三频TurboEdit周跳处理方法

针对电离层活跃期或磁暴发生时,现有三频周跳探测方法难以正确探测与修复周跳的问题,借鉴双频TurboEdit思想,提出了能够削弱电离层延迟影响的三频TurboEdit方法。该算法中的三频无几何无电离层码相组合和两次历元差分后的相位无几何组合,均能有效削弱电离层延迟对周跳探测的影响。随后利用三频实测数据对本文算法进行了验证,试验结果表明该方法能够消除电离层延迟影响,实现电离层活跃观测条件下动态非差周跳的实时探测与修复。