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。     

三频精密单点定位观测模型初探

三频观测值为导航定位提供了更多的观测值组合选择。在利用载波相位三频线性组合消除一阶电离层误差的基础上,对组合模糊度为实数和整数两种情况下的二阶电离层误差及观测噪声水平进行了分析,获得了几种适用于精密单点定位的三频观测值组合。     

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。     

北斗三频整系数线性组合优化模型

针对北斗三频观测量的应用需求,该文在对北斗三频载波相位线性组合观测模型进行误差分析的基础上,从几何的角度对削弱或消除误差的实系数无电离层组合、无对流层组合和最小噪声组合进行空间分析,更为直观地描述了无电离层平面、无对流层平面和最小噪声线的关系。在此基础之上,引出北斗整系数线性组合,并对长波长组合、弱电离层组合和弱观测噪声组合进行分析,以巷数、电离层延迟系数和噪声放大系数作为三频最优整系数线性组合的判断指标,得到了以(-1,-5,6)、(0,-1,1)和(1,4,-5)为代表的几组具有不同特性的最优三频整系数线性组合,并得出三频整系数优选线性组合模型的系数之和一般为S=0或者S=±1。     

GPS三频载波相位组合误差分析及选择方法

本文首先从GPS双差模型出发，给出了三频载波组合的基本形式，依据该形式，得到了组合波长表达式，并分析了电离层误差和观测噪声对三频组合的影响。由这些误差特性，给出了三频线性组合系数的选取方法，并给出了一些常用的线性组合形式，分析了它们的优缺点。最后，简单介绍了目前主要的三频模糊度解算方法CIR和TCAR。     

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。     

一种新的中长基线BDS三频模糊度快速解算方法

虽然TCAR能够实现短基线三频模糊度单历元解算,但由于电离层延迟及观测噪声等的影响,中长基线三频模糊度快速解算仍然是导航定位的一大难点。本文提出了一种新的无几何无电离层三频模糊度解算方法。该方法通过对伪距观测值赋予不同的权重,辅助宽巷及窄巷消除电离层残差的影响,使宽巷及窄巷求解只受观测噪声的影响;然后通过多历元的平滑获取宽巷及窄巷模糊度值。通过实测BDS三频长基线数据表明,相比经典TCAR算法,该方法可大大改善中长基线模糊度的求解精度,经过数据平滑并验证基本可以实现中长基线模糊度的快速解算。     

基于BDS三频数据的周跳探测与修复

三频载波组合观测值能获得更多长波长、低噪声的优化组合。首先利用伪距与相位差法分析了组合观测值的电离层延迟和噪声影响;再使用能降低电离层延迟和观测噪声的3组线性无关组合(1,4,-5)、(-1,-5,6)和(-3,6,-2)对BDS三频数据进行处理;然后对BDS的3个不同星座进行周跳探测与修复。实验证明,该组合方法可准确探测并修复一周以上的所有周跳。     

利用GPS三频观测值监测电离层TEC及其变化率

三频观测数据为监测电离层总电子含量提供了更多的观测值选择。在双频观测值估算电离层总电子含量的原理基础上,利用不同纬度地区的三频GPS观测资料计算获得了电离层总电子含量值及其变化率。分析结果表明：由于GPS接收机码间偏差的影响,不同频率间组合获得的电离层总电子含量结果出现较大的系统差异,使用不同频率组合获得的电离层TEC变化率有很好的一致性。     

弱电离层组合SPP在极区定位效果分析

研究了Klobuchar电离层改正模型和双频消电离层组合在伪距单点定位中的应用。通过实验验证了Klobuchar模型在极区的不适用性,并从理论上分析了消电离层组合在伪码噪声放大方面的缺点。针对消电离层组合中的不足,将噪声放大视为伪距定位中的主要矛盾。在降低伪距噪声和电离层延迟的不完全消除之间寻求平衡,提出了一种兼顾降噪与电离层改正的双频组合,称之为弱电离层组合。利用南极地区多个IGS跟踪站的多天数据,验证了弱电离层组合伪距单点定位相对于消电离层组合具有更好的定位效果,定位精度普遍可以提高15%~30%。不同测站对应的改善程度不尽相同,接收机内部因素造成的观测质量不佳也会使得定位精度改善不显著。     

北斗三号新三频相位模糊度固定方法

针对北斗三号新的三频观测值,通过分析BDS-3三频线性组合观测值特性,选取高质量组合观测值,采用无几何相关GF(Geometry-Free)模型和无几何无电离层相关GIF(Geometry-Ionospheric-Free)模型分别对实测BDS-3卫星数据进行单历元三频相位模糊度解算TCAR(Triple-frequency Carrier Ambiguity Resolution)。试验结果表明,短基线时GF模型模糊度误差都在0.5周以内,且模糊度固定成功率都在88.43%以上;中长基线时GF模型模糊度固定能力明显降低,宽巷下降到73.47%,窄巷也只有25.44%。GIF模型在中长基线解算时相比于GF模型具有更好的模糊度固定能力。中长基线GIF模型宽巷模糊度固定成功率达85.31%,相对于GF模型提高了13%。中长基线GIF模型窄巷模糊度固定成功率在43.58%以上,相对于GF模型提高了51%。     

北斗三频伪距相关随机模型单站建模方法

为了提供可靠的伪距随机模型,基于3个线性无关的北斗三频伪距/载波无几何无电离层(GIF)组合,研究了一种利用单站数据估计北斗三频伪距相关随机模型算法。该算法首先利用低阶多项式对GIF组合进行拟合,以尽可能消除非伪距噪声以外的其他常数和误差,然后利用多元线性回归分析实现对3个线性无关的GIF组合随机噪声同时建模,最后再由线性组合关系变换得到原始北斗三频伪距相关随机模型。经北斗三频实测数据验证结果表明,该算法可实现北斗非差三频伪距相关随机模型的单站解算,有利于为导航定位以及完好性监测提供精准随机模型。     

基于伪距相位组合实时探测与修复GNSS三频非差观测数据周跳

三频观测量能形成具有更长波长、更小噪声、更小电离层影响等优良特性的组合观测量,有利于提高周跳探测和修复的精度。本文推导了伪距相位组合探测周跳的阈值条件;提出了周跳确定成功率的概念;并从提高周跳确定成功概率出发,给出了伪距相位组合选取的标准和方法;最后利用一组实测GPS三频数据进行了验证。结果表明,在数据采样率较高、历元间电离层延迟变化可忽略时,根据文中提出原则选取的最优伪距相位组合可实时探测和修复三频非差观测数据中的所有周跳。     

GPS载波相位三频组合观测值的模型研究

介绍了GPS现代化,在GPS三频相位组合定义基础上,分析了组合后的误差影响,给出了组合观测值在波长、电离层误差等方面的选取标准,提出了一系列典型的组合及可能的应用.     

一种改进的基于 BDS 三频非差观测的周跳实时探测与修复模型

BDS三频观测条件下可以组合得到具有优良特性的虚拟载波观测量,有利于改善非差观测数据的周跳实时探测与修复。文中提出一种基于BDS三频非差数据的周跳实时探测与修复模型:首先,采用消电离层无几何HMW组合观测量探测和修复EWL周跳;然后,将经过修复的EWL观测量与WL组合消除几何相关项,忽略电离层延迟残差进而确定WL周跳;最后采用经过修复的WL观测量与NL组合形成无几何观测量,并通过优化载波相位组合确定电离层延迟的变化量以探测和计算NL周跳,并通过简单变换得到原始载波观测量的周跳值。通过实测BDS三频数据对模型可行性进行验证分析,结果表明,即使在30s的采样率以及电离层活动活跃条件下,该模型都可有效实时探测和修复各类周跳。     

基于伪距相位和STPIR组合的北斗三频周跳探测与修复

GNSS周跳探测中,电离层残差法的适用性受数据采样间隔的影响较大,同时联合其它组合观测量进行周跳修复时,周跳修复方程组易出现病态解。针对这些问题,文中提出一种可靠的北斗三频周跳探测与修复算法,通过构造北斗三频电离层残差组合观测量,进行二阶历元间差分,基于三频伪距相位组合优选理论,选取适用于北斗三频数据的伪距相位组合,结合两种组合观测量,优选条件数较小的组合系数矩阵进行周跳修复,最后通过北斗三频实测数据验证,结果表明:在数据采样间隔较大的情况下,利用构建的三个组合观测量可以探测出北斗三频原始数据中的所有周跳,具有很好的修复效果。     

北斗导航系统卫星频间钟差偏差

卫星频间钟差偏差（Inter-Frequency Clock Bias, IFCB）变化特性的分析对其模型化、卫星钟稳定性的评估具有重要的意义。采用北斗(COMPASS) 2012年1月的三频数据,解算了GEO卫星的IFCB并分析了其时序特性。为了削弱粗差对解算结果的影响,采用了抗差估计算法。针对GEO卫星IFCB的特性,提出了GEO卫星IFCB的经验模型。结果表明,二次曲线函数能较好的描述GEO卫星的IFCB,并达到71%以上的改正效果。     

一种基于北斗三频的改进CIR算法

北斗卫星导航系统能全星座播发3个频率的观测值,有利于载波相位模糊度的解算。本文以传统的CIR方法为基础,分析了其在短基线和长基线计算时的优点和限制。针对于电离层延迟的影响,经典的CIR难以实现长基线模糊度固定的问题,本文提出了一种附有约束条件的适用于长基线的改进CIR算法,利用北斗三频数据对算法性能进行了验证。实验表明:提出的新算法能够提高长基线宽巷模糊度的固定成功率,并且能够很大程度上缩小窄巷模糊度的搜索空间,使其估值的波动能够在4周以内。     

GPS/BDS三频信号频间时钟偏差估计与定位验证

在三频GNSS应用中,受精密产品频率基准不一致的影响,会引入系统性偏差,即频间时钟偏差（IFCB）。本文首先通过对IFGF组合观测值进行历元差分,利用全球分布的80个MGEX观测站及中国区域内100个连续运行参考站,在2021年年积日（DOY）153—160 d的实测数据,进行了IFCB的估计并分析了其时变特性;然后将IFCB的估计结果运用到非差非组合PPP中。结果表明：GPS BLOCK Ⅱ-F的IFCB较大,幅值可达14 cm,GPS BLOCK Ⅲ与BDS的IFCB则较小,一般不超过5 cm。在定位验证中,经过IFCB改正后,GPS/BDS-2/BDS-3-IGSO在第3频点L5、B2I、B2a的相位残差分别减小了59.54%、26.31%、10.98%。其中,动态定位的GPS、BDS-2/BDS-3-IGSO、GPS/BDS-2/BDS-3-IGSO 3种方案的点位精度分别提升了56.55%、29.16%、20.72%,改善效果显著。