利用GPS双频数据进行区域电离层TEC提取

从利用GPS提取区域电离层总电子含量(total electron content,TEC)的基本原理出发,解决了伪距观测值优化以及硬件延迟(DCB)处理问题,并将提取的TEC信息与欧洲定轨中心(CODE)计算的全球电离层(GIM)模型内插值应用在单频精密单点定位中,进行电离层延迟改正实验。结果表明,利用本文提取的TEC值进行单频精密单点定位电(PPP)离层延迟改正时,点位精度能提高到0.2~0.4m左右,明显优于利用GIM内插值的改正精度。     

基于球谐函数区域电离层模型建立

利用GPS双频观测数据建立高精度、准实时的区域电离层总电子含量(TEC)模型是电离层研究的一个重要手段。文中探讨IGS观测站数据结合4阶球谐函数建立区域电离层格网模型的方法,并对硬件延迟(DCB)和TEC建模结果的可靠性进行分析,结果表明,DCB解算精度在0.4ns以内,TEC内外精度优于1.4TECU(1TECU=1016电子数/m2)和1.5TECU,满足导航定位中电离层改正的需要。     

电离层延迟对星载InSAR精度的影响

针对电离层对L、P等较长波段的星载合成孔径雷达干涉测量(InSAR)成像产生的相位延迟效应会造成InSAR精度下降的问题,建立电离层相位延迟模型,分析背景电离层TEC对不同波段SAR信号的距离和相位延迟,给出了TEC和SAR相位延迟之间的关系曲线;提出用沿电磁波传播斜距上的电子积分总量STEC来代替垂测TEC,采用简化射线描迹方法进行STEC估计,提高了TEC计算精度;通过仿真实验分析不同TEC分布模型对InSAR精度的影响。实验结果表明,因干涉测量中基线估计的补偿效应,使得成像范围内等量分布的TEC对测量精度无明显影响;成像范围内TEC值随空间位置不同而发生变化时,对InSAR的精度将产生较大影响,需要考虑电离层的校正。     

北斗三号全球导航卫星系统全球广播电离层延迟修正模型(BDGIM)应用性能评估

2020年6月23日,我国北斗三号全球导航卫星系统正式完成星座全球组网。北斗三号全球导航卫星系统采用新一代全球广播电离层延迟修正模型(BDGIM),为用户提供电离层延迟改正服务。本文利用高精度全球电离层格网(GIM)以及实测BDS/GPS数据提供的电离层TEC作为参考,从延迟改正精度及北斗单频伪距单点定位应用、模型系数性能等方面,对北斗三号系统组网前后(2020年5月1日至2020年7月20日)BDGIM模型的改正精度等应用性能进行了分析与研究,并将其与美国GPS播发的Klobuchar模型和北斗二号卫星导航系统播发的BDS Klobuchar模型进行对比。研究表明,BDGIM模型在对北斗三号系统组网完成前后电离层延迟修正精度没有发生显著变化。上述时段内,以国际GNSS服务(IGS)发布的最终GIM产品为参考,BDGIM模型在中国区域、亚太地区和全球范围内的电离层修正百分比分别达到84.45%、74.74%和64.57%;以选取的全球83个GNSS检测站BDS、GPS双频数据实测电离层TEC为参考,BDGIM在中国区域、亚太地区和全球范围内的电离层修正百分比分别为73.12%、70.18%及68.06%;当BDGIM模型应用于北斗单频伪距单点定位时,在中国区域、亚太地区和全球范围内分别实现了2.22、2.66和2.96 m的三维定位精度。     

区域电离层TEC的变化研究

电离层延迟是影响全球卫星导航系统精密定位的主要误差源之一。本文介绍了常用的NeQuick模型和IRI模型,利用两模型进行了中国地区电离层TEC相关计算,将计算值与电离层参考值进行比较,得出了关于区域电离层TEC的有益结论。     

GPS电离层延迟Klobuchar模型与双频数据解算值的比较与分析

电离层延迟是影响GPS绝对定位的最主要因素,但由于电离层本身的不稳定性,加上目前对其物理特性的了解还有一定的模糊性,还只能采用精度有限的经验模型对其进行描述.对于GPS实时绝对定位,GPS系统的广播星历提供了Klobuchr模型的8个系数,可以用于单频接收机的电离层延迟改正;对于双频接收机,可以利用L1,L2,C1,P2进行计算得到电离层延迟值,但应考虑到卫星发射信号时产生的两频率间的硬件延迟TGD的影响.本文采用双频伪距求得电离层延迟值,用广播星历中各颗卫星的TGD参数进行改正,再根据L1和L2双频相位值求得的历元间的电离层延迟的变化采用Hatch类滤波递推模型对其进行平滑,从而求得较准确的对应于各个历元的电离层延迟值,将其作为真值与Klobuchar模型计算值进行比较,从而研究Klobuchar模型的精度和特点,并与IGS的后处理Klobuchar模型系数求得的电离层结果进行对比分析.对双频数据计算电离层延迟的算法进行详细研究,给出Klobuchar模型的具体计算过程,用位于武汉、北京和上海的IGS跟踪站的观测数据进行实际验证和算例分析,最后给出结论.     

基于河北省CORS的区域电离层模型精度分析

为提高区域电离层模型和导航定位服务的精度,利用河北省连续运行参考站系统（CORS） 6个基准站的GPS卫星观测数据进行区域电离层建模和接收机差分码偏差（DCB）估计,并引入中国科学院（CAS）发布的电离层产品内插得到的垂直总电子含量（VTEC）进行区域电离层模型精度验证。实验结果表明,估计的单日GPS卫星DCB与产品值精度相当,偏差控制在0.5 ns以内;河北省CORS站GPS系统接收机DCB稳定性较好,5 d的标准偏差均小于0.1 ns;利用河北省CORS建立的区域电离层TEC在地磁平静期与磁暴期均与CAS产品值具有较高的一致性,TEC偏差控制在2 TECU以内。河北省区域电离层模型能有效监测电离层TEC在不同地磁状态下的时空变化,提高区域导航定位服务水平。     

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。     

电离层误差对城市轨道交通GPS控制网测量精度的影响分析

以南宁市轨道交通GPS控制网测量的实际工程作业为背景,首先对电离层延迟基本模型的建立进行了论述,然后结合南宁市区域大气电离层活动的特点,利用电离层延迟模型和精密数据处理软件对南宁市区域电离层延迟数据进行了解算,并通过与电离层现报数据进行比较,分析了南宁市轨道交通GPS控制测量短周期内各个测站的电离层延迟变化规律以及市轨道交通GPS控制网测量的影响。     

单基站差分GPS定位精度的分析与检验

分析了影响单基站差分GPS测量的主要误差因素，研究了不同基线长情况下广播星历、电离层和对流层延迟等误差对单基站差分GPS数据精度的影响程度及规律，通过设立双基站测量、与精密单点定位软件处理比较等方法检验了单基站差分GPS数据精度，得出了在用单基站差分GPS测量系统满足一定精度要求的结论。     

不同分布模式电离层对星载InSAR测高精度的影响及校正

电离层总电子含量(TEC)会使合成孔径雷达干涉测量(In SAR)信号产生相位延迟,进而影响生成DEM的精度,特别是对L和P等长波段信号的影响不可忽略。因此,针对不同TEC分布模式的电离层开展研究,构建了电离层对星载In SAR测高精度的影响模型,提出了相应的校正方法,并进行了仿真实验。实验表明对于特定波长的In SAR信号,不同TEC分布模式对In SAR测高精度的影响不同:TEC均匀分布的电离层模型对In SAR测高精度的影响较小,并可通过相位解缠、基线估计等环节进行很好的补偿;而TEC不均匀分布的电离层模型对In SAR精度的影响较大,仅靠相位解缠等过程不能较好地消除,必须通过向干涉图中加入电离层影响模型予以纠正。     

Eye on the Ionosphere: The Correlation between Solar 10.7 cm Radio Flux and Ionospheric Range Delay

Patricia Doherty joins the regular contributors of this column to discuss the correlation between measurements of solar 10.7 cm radio flux and ionospheric range delay effects on GPS. Mrs. Doherty has extensive experience in the analysis of ionospheric range delays from worldwide systems and in the utilization and development of analytical and theoretical models of the Earth's ionosphere. Ionospheric range delay effects on GPS and other satellite ranging systems are directly proportional to the Total Electron Content (TEC) encountered along slant paths from a satellite to a ground location. TEC is a highly variable and complex parameer that is a function of geographic location, local time, season, geomagnetic activity, and solar activity. When insufficiently accounted for, ionospheric TEC can seriously limit the performance of satellite ranging applications. Since the ionosphere is a dispersive medium, dual-frequency Global Positoning System (GPS) users can make automatic corrections for ionospheric range delay by computing the apparent difference in the time delays between the two signals. Single-frequency GPS users must depend on alternate methods to account for the ionospheric range delay. Various models of the ionosphere have been used to provide estimates of ionospheric range delay. These models range from the GPS system's simple eight-coefficient algorithm designed to correct for approximately 50% rms of the TEC, to state-of-the-art models derived from physical first principles, which can correct for up to 70 to 80% rms of the TEC but at a much greater computational cost. In an effort to improve corrections for the day-to-day variability of the ionosphere, some attempts have been made to predict the TEC by using the daily values of solar 10.7 cm radio flux (F_10,7). The purpose of this article is to show that this type of prediction is not useful due to irregular, and sometimes very poor, correlation between daily values of TEC and F_10.7. Long-term measurements of solar radio flux, however, have been shown to be well correlated with monthly mean TEC, as well as with the critical frequency of the inonospheric F2 region (foF2), which is proportional to the electron density at the peak of the ionospheric F2 region. ? 2000 John Wiley & Sons, Inc.     

The activities of the Ionosphere Working Group of the International GPS Service (IGS)

This article is based on a position paper presented at the IGS Network, Data and Analysis Center Workshop 2002 in Ottawa, Canada, 8–11 April 2002, and introduces the IGS Ionosphere Working Group (Iono_WG). Detailed information about the IGS in general can be found on the IGS Central Bureau Web page: http://igscb.jpl.nasa.gov. The Iono_WG commenced working in June 1998. The working group's main activity currently is the routine production of ionosphere Total Electron Content (TEC) maps with a 2-h time resolution and daily sets of GPS satellite and receiver hardware differential code bias (DCB) values. The TEC maps and DCB sets are derived from GPS dual-frequency tracking data recorded with the global IGS tracking network. In the medium- and long-term, the working group intends to refine algorithms for the mapping of ionospheric parameters from GPS measurements and to realize near–real–time availability of IGS ionosphere products. The paper will give an overview of the Iono_WG activities that include a summary of activities since its establishment, achievements and future plans. Electronic Publication     

利用双频GPS数据研究区域电离层TEC变化规律

利用GPS双频观测数据分析了仪器偏差对计算电离层TEC的影响,结果表明忽略仪器偏差的影响不能正确反映测站上空电离层总电子含量的变化规律。验证了短期内仪器偏差的稳定性,并在此基础上研究了2005年太阳活动低峰年区域电离层VTEC的周年变化规律,揭示了电离层VTEC半年变化、季节性变化及冬季异常等现象。     

ARIMA模型在电离层TEC预报中的应用

电离层电子总含量的确定是影响全球定位系统定位精度一个很重要的因素,目前针对电离层建立不少的模型。文中提出运用时间序列理论中的ARIMA模型对电离层进行预报,并利用数据进行计算分析,结果表明该模型适合电离层电子总含量的预报。     

电离层延迟对单频GPS点的影响及改正方法研究

电离层延迟是单频GPS地面沉降监测点的最主要误差源,如何削弱该误差的影响是提高单双频混合地面沉降监测系统精度的关键。采用中国广州南沙单双频混合GPS地面沉降监测网数据进行处理分析,结果表明,在低纬度地区即使基线较短,电离层延迟对单频GPS监测精度影响仍然较大,影响程度随基线长度增加而增大,而且在时间域上有明显的季节性变化规律:2、3月份与8、9月份电离层影响较为显著。利用双频点数据从观测值域对单频点电离层延迟误差进行改正,监测精度提高了57%,改善效果明显。     

利用数据同化技术实现区域电离层TEC重构

电离层参量的提取是开展电离层研究的基础,而数据同化技术则是获取电离层参量的一种重要手段。以NeQuick模型的输出作为背景场,Kalman滤波作为同化算法,利用数据同化技术实现区域电离层TEC重构,结果表明,数据同化方法重构的倾斜总电子含量（TEC）和垂直TEC与实测值较为一致。相比NeQuick模型及全球电离层地图（GIM）数据,数据同化方法重构得到的TEC的平均误差和标准差均有明显的降低,实测数据验证了数据同化技术在区域TEC重构中的精度和可靠性。     

利用中国区域电离层数据拟合 Klobuchar参数

对于单频G PS用户而言,电离层延迟是最重要的误差来源之一。G PS系统使用Klobuchar模型对电离层延迟进行改正,其改正数从根据经验模型和历史数据得到的370组常数选取。在缺少全球观测数据的情况下,仅利用中国区域观测数据拟合电离层模型参数,存在区域外精度下降,参数超限等问题。针对这些问题,提出了利用经验模型外推进行参数拟合的方法。相比广播Klobuchar参数,在太阳活动高峰年RMS误差减小接近7 TECU ,正常年减小1.5 T EC U ,平静年精度也略有提升。2001年至2012年的拟合参数不存在参数超限现象,且量化后或者使用预报的电离层数据进行拟合,精度下降很小,可以用于预报全球电离层模型参数。     

不同Klobuchar模型参数的性能比较

对于GPS单频用户而言,电离层延迟是最重要的误差来源之一。GPS系统使用Klobuchar模型对电离层延迟进行改正,其改正数从370组常数中选取。目前全球分布的GPS测站可以获得高精度的全球电离层监测结果,GPS为什么不发播采用实测数据计算得到的Klobuchar模型参数呢？本文针对这一问题进行分析。首先对欧洲定轨中心CODE提供的全球电离层图GIM预报COPG电离层进行精度评估,然后根据COPG电离层进行Klobuchar模型参数拟合并利用IGS提供的事后高精度电离层图进行精度分析,最后将不同的电离层模型参数应用于单点定位以评估其对单频用户的影响。分析结果表明：受8参数的Klobuchar模型本身结构限制,采用全球实测数据计算的电离层模型参数与导航电文中发播的电离层模型精度相当,为55%左右。而仅采用地磁纬度45oS以北的数据拟合得到的模型参数,其电离层改正精度有明显提升,可达65%左右,但其对单频用户定位精度改善不明显。本文研究结果为我国全球电离层建模提供参考。     

基于神经网络的区域电离层模型及其在单频PPP中的应用

基于武汉市CORS系统的双频非差载波相位观测数据，利用改进的神经网络方法建立区域电离层模型，并通过单频GPS精密单点定位的计算实例来分析该模型的精度。计算实例表明，当基准站间的距离小于100km时，基于神经网络的区域电离层模型的平均外符合精度为0．03m，对于时段长度为4h的单频PPP静态时段解可以达到厘米级的定位精度。