一种基于三角分区的广域电离层改正新方法

根据中国地形分布难以建立格网模型的特点,为了解决我国区域电离层精确改正的问题,提出了广域电离层改正三角分区的方法。选择中国地震电离层监测实验网中纬度地区的5个监测站,建立覆盖我国中纬度整个网络服务区域的三角分区电离层模型,并利用8个基准站的数据对该方法的修正精度进行评估,结果表明,对于三角分区内部区域,该方法可以修正到90%左右;对于三角分区外部几百公里以内的区域该方法也能达到80%以上的修正精度,同时利用原始GNSS数据对美国、加拿大等4个IGS跟踪站进行补充实验也验证了该方法的可行性,在保证模型精度的同时较格网法更加简单、有效,对广域电离层延迟误差的修正具有重要的参考价值。     

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。     

非差非组合精密单点定位提取区域电离层延迟及精度评定

电离层延迟是GNSS定位中最难处理,也是很重要的的误差来源之一,目前常用线性组合的方式处理电离层延迟,这些方法都会引入多余噪声,在不同程度上影响了模糊度的整数特性,同时也造成了某些有用数据丢失。本文提出了一种基于非差非组合精密单点定位的方式提取区域参考站电离层延迟的方法,再将提取得到的区域电离层延迟内插至仿用户站,在仿用户站实施单频PPP,最后检验得到定位的精度。实验结果表明:仿用户站单频PPP的定位精度平面方向约为4—5 cm,在高程方向低于1 dm,与全球电离层格网模型和半和改正等模型相比,采用非差非组合的方法提取电离层延迟后的定位精度更高。     

利用相位平滑伪距和最小二乘曲面函数建立西安市区域电离层延迟模型

利用相位平滑伪距观测值,并采用附有限制条件的序贯最小二乘曲面拟合方法,研究构建了西安区域电离层延迟模型。该模型的内符合平均精度为6.9 cm,外符合平均精度为8.8 cm,通过与全球格网电离层延迟模型计算的电子含量进行对比,并将两种模型进行单频PPP定位测试。结果显示,区域电离层延迟模型的精度明显优于格网电离层延迟模型的精度。     

利用卡尔曼滤波估计导航信号电离层差分改正

针对星基增强系统中估计电离层延迟改正数的问题,提出了利用卡尔曼滤波估计导航信号电离层延迟的方法。将电离层格网点处的电离层垂直延迟及其变化率作为状态变量进行滤波估计,根据电离层的时域缓变特性建立了状态模型,基于星基增强系统中使用的格网模型建立了观测模型。仿真结果表明,与传统的电离层延迟校正方法相比,该方法具有更高的估计精度。     

鞍山区域电离层模型构建及GNSS应用研究

针对电离层延迟误差目前是GNSS导航定位精度最重要误差源的现状,通过GNSS参考站或跟踪站实测数据计算电子总含量值,建立区域电离层模型,监测区域电离层变化,进而找到削弱或消除电离层延迟误差影响方法。利用曲面拟合实现建模,在模型的建立过程中通过对不同的模型阶数进行设置,对比不同情况下的模型精度,从而确定特定区域内最佳数据采样间隔及阶数设置,并在最佳阶数设置情况下,比较了预报不同时段的精度,进而对延迟量预报问题进行探讨,得出一些有益结论。可以通过该模型单独解算流动站站点的实时电离层延迟信息,这对多基站CORS的站间距离选择和单基站CORS基准站和流动站之间距离设计,尤其对提高单频接收机以及GIS产品用户的定位精度和差分模型的覆盖范围都具有实际参考意义。     

区域实时电离层延迟精化模型研究

研究电离层延迟的精化模型是一条高精度提取区域电离层延迟的可靠途径。常用的电离层延迟多项式函数模型,忽略了电离层延迟的局部特性,限制了建模精度,也不利于分析建模方法对模型求解精度的影响。针对多项式函数模型存在的不足,该文提出了电离层延迟的IDPB模型,将电离层延迟分为概略值和修正值两部分进行解算,解决拟合曲面的光滑度和逼近精确度之间存在着矛盾。结合JSCORS参考站的实测数据进行分析验证,IDPB模型可以提高电离层延迟解算的精度,同时可以缓解多项式函数模型解算的各时段电离层延迟的不连续性。     

全球电离层TEC格网时空变化特性分析

卫星导航定位中,电离层延迟是影响用户实时定位精度的重要因素之一。利用全球电离层格网(global ionosphere maps,GIM)提供电离层延迟改正是较为常用的方法,而GIM格网的精度受限于地面GNSS(global navigation satellite system)跟踪站的分布密度。利用区域内少量或1个GNSS跟踪站建立实时区域电离层总电子含量(total electron content,TEC)模型,生成高精度的实时区域电离层格网,为用户提供区域电离层延迟改正显得尤为重要。基于CODE(Center for Orbit Determination in Europe)分析中心2016—2018年995 d的GIM格网数据,分析了相邻格网点TEC的变化范围以及不同时间间隔同一格网点TEC的变化范围。结果表明,GIM在经度方向上分辨率为5°变化的均值范围为0.2～1.0 TECU,在纬度方向上分辨率为2.5°变化的均值范围为0.4～1.4 TECU,在经度和纬度分辨率均小于1°时,电离层TEC的变化小于1.0 TECU;1 h内同一格网点电离层TEC的变化均值约为1.28 TECU,30 min内同一格网点电离层TEC的变化小于1.0 TECU。该研究为小范围内(半径小于100 km)实时区域电离层TEC模型的建立及电离层格网的时间适用范围提供了有效的数据支撑和理论验证,同时对区域电离层TEC时空变化的研究、电离层TEC预报、电离层异常监测和磁暴监测等具有一定的参考意义。     

基于北斗地基增强系统的中国区域电离层建模研究

在卫星导航定位中,电离层延迟误差是主要误差源之一,其影响可以到达数米乃至数百米,有必要进行高精度的电离层模型研究,尤其是区域的高精度电离层模型建立．本文基于北斗地基增强系统114基准站三系统 (GPS／BDS／GLONASS) 双频的观测数据进行电离层提取计算,并结合多项式函数模型进行建模,得出中国区域内的电离层模型,并采用直接跟CODG的电离层产品比较和间接通过单频精密单点定位方式来评估模型精度．结果表明,基于北斗地基增强系统建立的中国区域电离层模型精度高于CODG发布的电离层格网模型且更符合中国区域电离层的真实空间分布．      

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。     

单频GPS实时定位精度分析

电离层延迟误差是单频GPS实时/事后定位误差的一个重要来源,目前尚无有效的方法来削弱其影响。针对这一状况,该文首先介绍了单频GPS改正电离层延迟误差的常用方法,通过分析说明了电离层格网数据能够有效改善单频GPS实时/事后定位误差。给出了电离层格网数据的建立、预报方法,并详细介绍了刺入点地心经纬度VTEC值的计算方法、四点格网法内插刺入点天顶方向的总电子含量以及单层模型投影函数。结合算例,分析比较了不同类型电离层改正数据与卫星星历数据对单频GPS实时/事后定位精度的影响。实验结果表明,利用电离层格网预报数据能够显著改善单频GPS的实时/事后导航定位精度,对提高单频GPS定位精度具有一定实用价值。     

iGMAS全球电离层延迟模型及并行计算策略

针对全球电离层延迟建模中传统串行处理方法效率低等问题,研究了基于全球分布的IGS跟踪站和iGMAS跟踪站观测数据实现全球电离层建模并行解算的基本方法、流程及策略。在Bernese软件基础上研制了一套iGMAS全球电离层延迟建模软件。为了验证并行解算方法的正确性和计算效率,利用全球200个左右IGS跟踪站和6个iGMAS跟踪站2014-08-20-2014-09-06共7周的观测数据,解算了快速电离层TEC格网。与IGS,CODE以及ESA最终电离层格网比较,结果表明:基于该方法解算的快速电离层TEC格网,与CODE,ESA以及IGS最终电离层TEC格网的互差,统计不同纬度带内偏差的均方根误差,全球范围内偏差的均方根误差均在1.5~2.5 TECu之间,南北半球高纬度地区在0.5~1.5 TECu之间,所有地区均优于5 TECu,整体精度与IGS,CODE以及ESA最终电离层TEC格网精度产品相当。     

北斗全球系统广播电离层模型性能初步评估

北斗三号系统于2017年正式启动建设，将采用新的北斗全球电离层延迟修正模型（BeiDou global ionospheric delay correction model，BDGIM）。使用高精度格网电离层数据和双频实测电离层延迟数据作为参考，对北斗试验卫星系统播发的BDGIM模型精度进行了相应分析和评估，并与北斗Klobuchar和GPS Klobuchar模型精度进行了比较。研究结果表明，在中国区域，BDGIM模型和北斗Klobuchar模型精度相当，优于GPS Klobuchar模型；在全球范围内，BDGIM模型精度优于北斗Klobuchar和GPS Klobuchar模型。采用不同电离层模型进行伪距单频单点定位，并对定位结果进行对比分析，结果显示，使用BDGIM模型比北斗Klobuchar模型的定位精度有13%的提高，比GPS Klobuchar模型有7%~10%的提高。     

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％.     

基于格网的GPS/ BD-2组合系统电离层VTEC模型研究

本文利用中国地壳运动观测网络的GPS数据,兼顾卫星发射频率硬件延迟影响,模拟了BD-2系统的电离层VTEC,并建立GPS/ BD-2组合系统的VTEC格网模型,实验结果证实了该模型在电离层延迟短时间预报上的有效性.     

BDS网络RTK中距离参考站整周模糊度单历元解算方法

提出了一种BDS网络RTK中距离(50~100 km)参考站间的双频载波相位整周模糊度单历元解算方法。该方法首先利用B1、B2载波相位整周模糊度间的线性关系选取B1、B2载波相位整周模糊度备选值。利用双频载波相位整周模糊度备选值计算双差电离层延迟误差,根据参考站各卫星电离层延迟误差间的空间关系,使用双差电离层延迟误差构建双差电离层延迟误差的线性计算模型。通过双差电离层延迟误差线性计算模型的建立搜索和确定B1、B2载波相位的整周模糊度。经CORS网实测数据试验算例的验证,该方法只需一个历元的观测数据即可确定参考站间双差B1、B2载波相位整周模糊度,且不受周跳影响。     

基于实时Kalman滤波的电离层建模及精度分析

文中使用CORS实时数据,基于Kalman滤波建立区域电离层TEC球谐函数模型。使用CORS相位平滑伪距电离层观测值,逐历元滤波求解电离层模型参数,分离卫星与接收机硬件延迟,并应用于单双频PPP定位中。实验结果表明,区域电离层模型精度约为1.9 TECU,较IGS发布的电离层格网数据(GIM)提高58.8%;采用区域电离层模型改正后单频PPP定位精度约为0.2 m,较GIM提高60.3%;模型提供的高精度电离层改正信息能够有效提升双频PPP收敛速度及初始定位精度。     

基于北斗GEO的电离层延迟修正方法比较与分析

电离层延迟是影响导航定位精度的最主要因素。北斗卫星导航系统采用Klobuchar模型修正单频接收机用户的电离层延迟误差,对于双频接收机,可以利用不同频率信号的伪距观测数据解算得到电离层延迟值。为比较两种方法在天津地区的电离层延迟修正效果,利用NovAtel GPStation6接收机(GNSS电离层闪烁和TEC监测接收机)采集到的卫星实测数据进行计算。以国际全球导航卫星系统服务组织(IGS)发布的全球电离层格网数据为参考,对两种方法的修正效果进行比较分析。结果表明,在天津地区,利用双频观测值解算电离层延迟比Klobuchar模型计算结果更加精确,且平均每天的修正值达到IGS发布数据的82.11％,比Klobuchar模型计算值高948％      

北斗卫星导航系统Klobuchar模型精度评估

目前,我国北斗卫星导航系统已完成星座区域组网,系统每2h提供一组电离层延迟Klobuchar模型参数。利用欧洲定轨中心(CODE)的高精度电离层格网数据作为参考,对北斗卫星导航系统电离层参数性能进行了精度评估分析,并进行了定位分析。数据表明,其修正精度一般在70%以上,北半球的修正误差在1.5m左右,而南半球的修正误差在3.5m左右;在北半球中纬度地区的修正精度比高纬度、低纬度地区高;北斗单频伪距定位采用北斗Klobuchar模型在平面上的精度为3m左右,高程上为7m左右,与采用GPS的Klobuchar模型相比较,定位精度提高了约10%,高程方向尤为明显。     

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。