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。     

北斗电离层模型精度分析

北斗电离层模型包括基本导航的BDSKlob模型、BDGIM模型及广域差分格网电离层模型,本文详细分析2种基本导航的电离层模型因相邻模型参数更新引起的延迟跳变,基于CODE格网电离层模型对比2种电离层模型随空间和时间的变化情况,分析不同电离层模型在不同时段不同纬度的改正精度及定位精度,并利用2018年数据对北斗格网点电离层信息的服务范围和服务精度进行评估。结果表明,相比于BDSKlob模型,BDGIM模型与CODE格网电离层模型更接近,且分布均匀,相邻2组模型参数更新的延迟跳变小于1 ns。BDGIM模型在北半球的改正精度优于南半球,在中国区域及全球范围的改正率分别达到75%及60%以上,明显优于BDSKlob模型,且BDGIM模型相比于BDSKlob模型的定位精度最多可提升45%。北斗格网电离层的有效区域基本覆盖中国范围,电离层延迟误差优于2.08 TECu,改正比例大于80%。     

综合伪距相位观测的实时电离层延迟格网改正算法研究

针对北斗广域差分系统实时电离层延迟格网改正信息是基于伪距观测计算，而相位观测值具有更高的观测精度，提出伪距数据结合相位历元间差分数据综合解算电离层延迟的算法。基于陆态网GPS实测数据对该伪距相位综合算法进行实验验证，结果表明，综合伪距相位算法相比单纯伪距法可以获得平滑、稳定、精度更高的站星斜路径方向电离层延迟值。在此基础上，全天所有实时电离层延迟格网的内符合精度平均提高30.2%，外符合精度平均提高27.8%。     

北斗三号SBAS B1c格网电离层算法修正分析

开展北斗星基增强系统格网电离层算法实验,分析现阶段BDSBAS电离层改正模型的精度,并进一步研究格网电离层对单频定位的影响。结果表明,BDSBAS现阶段所播发的电离层改正数、变化趋势与IGS电离层产品总体一致,误差基本在5 TECu左右;经BDSBAS电离层模型改正后的定位精度相比GPS Klobuchar模型有较大提升,提升幅度达30%～50%。     

单双频混合GNSS变形监测系统中单频点电离层误差改正

采用单双频GNSS混合模式进行变形监测的关键是利用双频点数据建立区域电离层误差改正模型,并对单频点的电离层延迟误差进行改正,从而使单频点监测精度也能满足要求。利用广州南沙单双频地面沉降监测网数据对LCM、DIM、LIM、LSM四种区域电离层误差改正模型及其建立方案进行实例,结果表明,4种电离层误差改正模型均能显著改善单频点的监测精度,其中LCM与LIM较优,且利用单频点周围近距离的3个双频点构建区域电离层模型的处理策略最佳。     

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。     

京津地区电离层改正的时空变化

在GPS的广域、局域增强导航系统和RTK的应用中，电离层延迟改正的准确度都是决定测量定位结果能否达到精度要求的重要因素j利用中国地壳运动观测网络在京津地区的十三陵、房山、蓟县3个基准站2001年的部分观测资料，研究了京津地区GPS电离层延迟改正随时间和空间的变化，并在此基础上讨论了差分导航和RTK定位的电离层延迟改正的更新率和基准站的布设问题。     

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。     

高阶电离层延迟对GPS双差观测值和基线向量的影响

用RINEX HO软件计算GPS载波相位观测值中的高阶(二阶和三阶)电离层延迟,在此基础上组成GPS双差观测值中的高阶电离层延迟(ΔI_H)^p,q_i,g。讨论了(ΔI_H)^p,q_i,g与地磁纬度、基线长度、基线方向及太阳活动水平间的关系。在其他条件均相同的情况下,用Bernese 5.0软件分别对进行了高阶电离层延迟改正的观测值和未进行高阶电离层延迟改正的观测值进行基线解算,求得高阶电离层延迟对基线向量解的影响Δb_H。结果表明,Δb_H的数值很小,在一般情况下可忽略不计。ΔbH与基线长度及太阳活动水平等因素间并无必然联系,但随着时段的减小,Δb_H会随之增大。     

f-3项与投影函数对电离层延迟的影响

依据Chapman正常电离层理论,构造Chapman剖面函数加权投影函数,给出VTEC三角多项式模型,并以武汉站2005年1月1日观测数据进行实例解算,分析电离层延迟f-3项、电离层单层高度、电离层投影函数形式等对电离层延迟的影响.     

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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。     

电离层高阶项延迟对多系统PPP的影响

计算位于不同纬度的3个MGEX测站在不同太阳活动及地磁场活动情况下GPS、GLONASS、Beidou和Galileo卫星导航定位系统的电离层高阶项(HOI)延迟，分析高阶项延迟对多系统PPP结果的影响，总结不同太阳活动和地磁活动对PPP的影响。结果表明，电离层延迟随纬度的增加而减小；太阳活动是影响电离层高阶项延迟的主要因素，在太阳活动指数较低时，二阶项延迟不超过2 cm，三阶项延迟约为1 mm；当太阳指数较高时，二阶项延迟超过2.5 cm，三阶项延迟可达到5 mm；当磁暴发生时，高阶项延迟会存在一定程度的增长。将电离层高阶项延迟改正后，太阳活动指数较低时点位精度提升效果明显。     

基于不等式约束算法改善高纬度地区GNSS电离层建模精度

由于当前国际GNSS服务组织（IGS）跟踪站在高纬度区域分布不均，用于电离层拟合建模的观测数据不均匀、不全面，导致在利用这些IGS跟踪站观测数据建立电离层拟合模型时该区域的电离层电子总含量拟合模型精度不够，电离层拟合模型格网输出值甚至出现了大量有悖于电离层实际物理意义的负值和零值现象。针对此问题，利用不等式约束算法，对拟合模型电离层格网输出的负值点、零值点加入不等式约束条件，采用附加不等式约束条件的最小二乘法对参数的解算进行优化，并用实测GNSS数据进行验证。实验结果表明，该算法对测站分布稀疏的高纬度地区出现大量零值和负值的情况有明显改善。此外，该算法对全球电离层模型的建模精度也有一定程度的提高。     

北斗系统电离层修正抗扰动能力分析

利用2017-09太阳耀斑爆发期间、2018-08地磁暴及高能电子暴期间、2017-08九寨沟地震期间电离层模型及格网电离层数据,分析电离层异常对北斗系统电离层模型修正精度的影响,进一步分析格网点电离层信息的抗扰动能力。结果表明,太阳耀斑、地磁暴、高能电子暴以及地震均对电离层变化有不同程度的影响;电离层异常期间北斗系统电离层模型修正精度普遍降低,修正率下降30%～60%,抗扰动能力较差;格网点电离层信息修正精度基本未受影响,抗扰动能力较强。