低轨卫星导航增强星座地基观测仿真系统设计

现阶段整星座低轨卫星观测数据的缺失制约了LEO卫星导航增强研究,针对该问题,本文设计了LEO导航增强星座地基观测仿真系统,构建生成了LEO星座伪距和载波相位观测值的仿真模型;介绍了仿真系统设计流程和架构、仿真地基LEO观测数据;使用RTKLIB进行了标准单点定位（SPP）和精密单点定位（PPP）解算,验证了仿真系统搭建的正确性,以及伪距和载波观测值仿真的正确性。结果表明,相较于只考虑几何距离的地基观测数据,该系统考虑各误差模型后观测数据置信度高,可用于支撑LEO导航增强星座定位研究。     

关于类圆锥投影建立的探讨

通过引入类纬圈和类经圈,建立一种新的投影关系———类圆锥投影,进而探讨了类圆锥投影中圆锥顶角的最佳选择,找到类圆锥投影的数学模型和适用范围。     

非差非组合PPP-RTK:模型算法、终端样机与实测结果

智能驾驶、精密农业和无人机等新兴行业要求全球导航卫星系统(GNSS)提供更加快速、准确的导航定位服务。非差非组合PPP-RTK融合了精密单点定位(PPP)和实时动态定位(RTK)两者的优势,能灵活处理多频多模数据并实现区域广覆盖的快速高精度定位。然而,PPP-RTK仍处于技术研发阶段,产业化应用尚未完全成型。本文从理论到实践,构建了码分多址和频分多址非差非组合PPP-RTK模型,开发了相应的实时解算软件,并研制了一款终端样机。基于平均站间距为154 km的京津冀参考网估计的精密改正产品,将终端样机分别搭载在无人机、农机和跑车上,开展了实时动态定位试验。试验结果表明,PPP-RTK终端样机在3个场景下的模糊度首次固定时间分别为5、2和7 s,模糊度固定成功率分别为99.79%、99.14%和98.96%,水平和高程定位精度分别在1 cm和4 cm左右。试验结果证明了自研PPP-RTK终端样机能提供连续、可靠、高精度的定位服务。     

利用陆态网络实时监测电离层TEC及在地震监测中的应用分析

中国大陆构造环境监测网络(陆态网络)是中国最大的GPS综合服务网络,该网络包括260个分布全国的GPS基准站。本文首先介绍了利用GPS研究电离层TEC的基本原理与方法,然后阐述了陆态网络电离层TEC监测系统的数据处理及产品发布的详细流程,最后分析了震前电离层异常现象与地震发生的耦合关系,并利用陆态网络电离层TEC监测系统的产品分析了四川省芦山7.0级地震的同震电离层扰动现象。     

全球实时电离层模型精度分析——以CAS、CNES、NRCan及UPC产品为例

分析中国科学院（CAS）、法国国家空间研究中心（CNES）、加拿大自然资源部大地测量局（NRCan）和加泰罗尼亚理工大学（UPC）2021-01～08的全球实时电离层格网(RT-GIM)产品的精度。结果表明：1）以IGS事后全球电离层格网（GIM）为参考,CAS、CNES、NRCan和UPC产品的RMS分别为3.93 TECu、4.01 TECu、4.50 TECu和3.86 TECu;2）以基准站dSTEC为参考,CAS、CNES、NRCan和UPC产品的STD分别为4.42 TECu、4.40 TECu、4.96 TECu和4.42 TECu。在全球范围内选取21个测站进行连续7 d的定位测试,以高程方向残差95%分位数统计不同实时电离层产品的定位增益。相比于广播电离层模型的定位结果,CAS、CNES、NRCan和UPC产品在北半球高程方向的定位精度分别提升11.9%、18.3%、3.4%和15.5%。     

利用非组合精密单点定位技术确定斜向电离层总电子含量和站星差分码偏差

联合双频GPS数据,利用相位平滑伪距算法,可得到包含斜向电离层总电子含量（slant total electron content,sTEC）、测站和卫星差分码偏差（differential code bias,DCB）的电离层观测值（称之为＂平滑伪距电离层观测值＂）,常应用于与电离层有关的研究。然而,平滑伪距电离层观测值易受平滑弧段长度和与测站有关的误差影响。提出一种新算法：利用非组合精密单点定位技术（precise point positioning,PPP）计算电离层观测值（称之为＂PPP电离层观测值＂）,进而估计sTEC和站星DCB。基于短基线试验,先用一台接收机按上述两种方法估计sTEC,用于改正另一接收机观测值的电离层延迟以实施单频PPP,结果表明,利用PPP电离层观测值得到的sTEC精度较高,定位结果的可靠性较强。随后,选取全球分布的8个IGS（internationalGNSS service）连续跟踪站2009年1月内某四天的观测数据,利用上述两种电离层观测值计算所有卫星的DCB,并将计算结果与CODE发布的月平均值进行比较,其中,平滑伪距电离层观测值的卫星DCB估值与CODE（Centre for Orbit Deter mination in Europe）发布值的差别较大,部分卫星甚至可达0.2～0.3 ns,而PPP电离层观测值而言,绝大多数卫星对应的差异均在0.1 ns以内。     

BDS-3 PPP-B2b精密轨道辅助非差非组合PPP-RTK

BDS-3通过其高轨道卫星的B2b信号向亚太地区用户免费提供了标准精密单点定位服务,但PPP近半小时的收敛时间和分米级的实时定位精度不利于其后续应用推广。因此,本文提出了融合PPP-B2b精密卫星轨道产品与区域稀疏参考站观测数据的增强定位方法,即基于PPP-B2b的非差非组合精密单点实时动态定位技术,并采用站间单差电离层伪观测值对其进行约束,以实现电离层延迟等参数的严密估计。此外,本文还重点设计了区域电离层斜延迟及其精度信息的单星实时建模方案,有效压缩播发数据量的同时提高了PPP-RTK的应用性能。在此基础上,利用京津区域参考网对上述方法进行了近实时验证。结果表明：本文方法提供的电离层斜延迟修正精度可达2.2 cm(BDS-3)/2.4 cm(GPS);超95%BDS-3+GPS定位样本的绝对误差可在2 s内收敛到水平2 cm与垂直5 cm,而且定位误差收敛后可实现水平毫米级与垂直厘米级的定位精度。     

GPS民用广播星历中ISC参数精度分析及其对导航定位的影响

2005年起发射的GPS Block IIR-M卫星在L2频率上新增了L2C民用信号,2010年起发射的Block IIF卫星新增了L5频率及L5I、L5Q两种民用信号。为此,GPS民用广播星历在原有时间群延迟(TGD)参数的基础上,新增了ISC_(C/A)、ISC_(L2C)、ISC_(L5I)及ISC_(L5Q)4种ISC(inter-signal correction)参数,以服务GPS实时导航定位用户。本文给出了ISC参数在GPS单/双频定位中的改正方法、利用不同机构提供的后处理差分码偏差(DCB)产品评估了ISC参数的实际精度、研究了ISC参数对GPS民用导航定位精度的影响。在明确TGD、ISC和DCB 3类参数之间区别与联系的基础上,本文研究表明:GPS广播的ISC_(C/A)参数精度可达0.2ns,TGD、ISCL2C及ISCL5Q参数精度可达0.5ns;以2014年连续11d全球12个MGEX(multi-GNSS experiment)站为例,经由ISC参数改正后,GPS L2C单频标准单点定位(SPP)的位置解精度提高了30.6%,L1C/A+L2C双频SPP的位置解精度提高了12.2%,该精度与L1P(Y)+L2P(Y)消电离层组合SPP的位置解精度相当。     

利用半参数核估计法预报全球电离层总电子含量

本文将半参数平差模型引入电离层球谐函数系数的预报中,建立了半参数球谐函数模型(Semiparametric-Spherical Harmonic,Semi-SH)来预测全球电离层总电子含量.首先,通过快速傅里叶变换获得球谐函数系数的周期和振幅,将振幅高的主周期归入趋势函数,振幅低的剩余周期归入随机信号,建立了半参数模型,同时利用核估计方法拟合趋势函数,解算随机信号,并在时间域上进行外推,得到了预报时间的球谐函数系数,代入15阶电离层球谐函数模型,最后得出电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)的预报值.本文基于欧洲定轨中心(CODE)发布的球谐函数系数进行电离层TEC长期预报和短期预报分析,其中长期预报采用四年预报两年的模式对球谐函数系数进行预报,短期预报设计了三个算例,采用前30天预报后一天的模式,分别预报1天、滑动预报7天和滑动预报30天.实验结果表明:长期预报能够较好地反映全球电离层TEC的变化趋势和波动情况,Semi-SH模型对全球电离层TEC平均值(Mean TEC global,MTECglobal)的拟合值和预报值与MTECglobal实际值的相关系数分别为0.8743和0.8010,呈现出高度相关性.短期预报中,在太阳活动高年和太阳活动低年,Semi-SH模型在中纬度地区预报精度较CODE发布的电离层TEC 1天预报产品(CODE′S 1-Day Predicted GIM,C1PG)有较大提升,在高纬度与低纬度地区两种模型预报精度相当;Semi-SH模型在太阳活动高年和太阳活动低年30天滑动预报精度的均值均高于C1PG模型.实验结果说明了Semi-SH模型预报电离层TEC值的有效性.