不同NeQuick电离层模型参数的应用精度分析

Galileo采用NeQuick作为全球广播电离层模型,其实际应用中以有效电离水平因子Az代替太阳活动指数作为NeQuick的输入参数,并利用二次多项式拟合得到广播星历中播发的3个电离层参数。本文在总结和讨论NeQuick模型参数估计方法及其变化特征的基础上,分别以全球电离层格网、GPS基准站及JASON-2测高卫星提供的电离层TEC为参考,分析不同NeQuick模型参数(包括以太阳活动参数F10.7为输入的NeQuick2、以本文解算参数为输入的NeQuickC和以Galileo广播电离层参数为输入的NeQuickG)在全球大陆及海洋地区的应用精度,并与GPS广播的Klobuchar模型对比。结果表明,NeQuickG在全球范围内的修正精度为54.2%~65.8%,NeQuickC的修正精度为71.1%~74.2%,NeQuick2的修正精度与NeQuickG相当,略优于GPS广播星历中播发的Klobuchar模型。     

GNSS基本服务性能评估

针对现有全球卫星导航系统性能评估无规范的评估标准问题,该文提出了以统一模型和算法为评估体系的方法,较详细的评估了全球卫星导航系统公开服务信号的基本性能,主要评估了空间信号误差、广播电离层模型改正效率及伪距单点定位精度等。结果表明:空间信号误差方面,伽利略最优、GPS和北斗三号相当;广播电离层模型方面,北斗全球广播电离层模型改正效果最优,GPSK8与NeQuick模型在低中纬度改正效果相当,北斗区域电离层模型在其服务区内具有较高改正效果;定位方面,北斗、GPS和伽利略静态伪距单点定位的三维位置均方根误差优于5m,格洛纳斯优于10 m;动态伪距单点定位方面,北斗在中国境内定位精度最高;基于统一评估体系下,可以直观对比得到目前各卫星导航系统的性能差异,同时也为后续的建设提供相应的参考。     

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。     

GNSS广播星历轨道和钟差精度分析

为了对多个全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）当前的广播星历精度进行一个全面的分析,对比了2014—2018年共5 a的GNSS广播星历与精密星历,并对全球定位系统（global positioning system, GPS）、格洛纳斯卫星导航系统（global navigation satellite system, GLONASS）、伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system, Galileo）、北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system, BDS）、准天顶卫星系统（quasi-zenith satellite system, QZSS）等5个系统的广播星历长期精度变化进行了分析。结果表明:5 a中GPS的广播星历轨道及钟差精度最稳定;GLONASS的广播星历轨道精度稳定性较好,但其钟差精度存在较大的离散度;Galileo得益于具备全面运行能力（full operational capability, FOC）卫星的大量发射及运行,其广播星历轨道、钟差精度大幅度变好,切向轨道、法向轨道与钟差精度已赶超GPS;BDS的广播星历轨道精度离散度较大,钟差精度出现不稳定现象;QZSS的广播星历轨道与钟差精度的稳定性与离散度相对最差。以2018年1 a的广播星历与精密星历为例分析了各个系统当前的广播星历精度,结果表明,当前GPS、GLONASS、Galileo、BDS、QZSS的考虑轨道误差与钟差误差贡献的空间信号测距误差（signal-in-space ranging error,SISRE）分别为0.806 m、2.704 m、0.320 m、1.457 m、1.645 m,表明Galileo广播星历整体精度最高,GPS次之,其次分别是BDS、QZSS和GLONASS。只考虑轨道误差贡献的SISRE分别为0.167 m、0.541 m、0.229 m、0.804 m、0.675 m,表明GPS广播星历轨道精度最高,其次分别是Galileo、GLONASS、QZSS和BDS。GPS卫星广播星历中新型号卫星的钟差精度总体要优于旧型号卫星。     

Klobuchar模型和NeQuick模型在中国地区的精度评估

将CODE以及GPS广播星历提供的8个系数分别作为Klobuchar模型的输入参数,利用Klobuchar模型及NeQuick模型计算得到中国地壳运动观测网15个GPS基准站上2000～2008年的电离层VTEC序列,以欧洲定轨中心CODE提供的事后电离层产品作为参考标准,得到了两个模型在中国地区的精度评估结果。     

利用单频GPS／Galileo组合观测值的导航性能分析

针对不同观测值的初始方差比值,对比GPS／Galileo组合单点定位的结果。利用不同测站的观测数据和广播星历数据进行单频GPS／Galileo组合单点定位试验。结果表明,组合GPS／Galileo单点定位的平面方向精度优于2m,高程方向精度优于4m,点位精度优于5m;相比于GPS单系统,GPS／Galileo组合系统在平面方向的定位精度略有提高,高程方向的定位精度改善率为11％。同时给出基于4颗IOV卫星的Galileo单点定位结果。     

Galileo系统服务中断前后广播星历精度对比分析

2019年7月中旬发生的Galileo服务中断事件,在整个卫星导航发展史上都是较为罕见的重大事故.本文选取Galileo服务中断前后的广播星历,从纵向(利用中断前后29 d的数据)和横向(与其他主要系统进行对比)两个维度,通过卫星位置、速度、钟差、空间信号测距误差4个方面,对中断事件前后广播星历计算精度进行了较为全面的...     

四大GNSS广播星历精度评估与对比分析

分析了 目前广播星历精度评估中存在的问题,详细论述了广播星历精度评估过程中对精密星历进行天线相位中心改正的取值方法,提出了利用单颗星单日钟差均值作二次差对广播星历钟差的系统性偏差进行改正的方法.选取2019-09-01-2019-11-01 共计62天的多模 GNSS 实验(multi-GNSS experiment,...     

Galileo single frequency ionospheric correction: performances in terms of position

For GPS single frequency users, the ionospheric contribution to the error budget is estimated by the well-known Klobuchar algorithm. For Galileo, it will be mitigated by a global algorithm based on the NeQuick model. This algorithm relies on the adaptation of the model to slant Total Electron Content (sTEC) measurements. Although the performance specifications of these algorithms are expressed in terms of delay and TEC, the users might be more interested in their impact on positioning. Therefore, we assessed the ability of the algorithms to improve the positioning accuracy using globally distributed permanent stations for the year 2002 marked by a high level of solar activity. We present uncorrected and corrected performances, interpret these and identify potential causes for Galileo correction discrepancies. We show vertical errors dropping by 56–64 % due to the analyzed ionospheric corrections, but horizontal errors decreasing by 27 % at most. By means of a fictitious symmetric satellite distribution, we highlight the role of TEC gradients in residual errors. We describe mechanisms permitted by the Galileo correction, which combine sTEC adaptation and topside mismodeling, and limit the horizontal accuracy. Hence, we support further investigation of potential alternative ionospheric corrections. We also provide an interesting insight into the ionospheric effects possibly experienced during the next solar maximum coinciding with Galileo Initial Operation Capability.     

NeQuick2电离层改正模型的性能评估

NeQuick2电离层改正模型是在NeQuick1模型基础上改进而来的。利用GPS实测观测值在不同卫星截止高度角情况下获得的斜路径总电子含量作为参考,对该电离层模型性能进行评价,并与常用的国际参考电离层和Klobuchar电离层模型进行比较。结果表明,NeQuick2模型获得的斜向总电子含量与实测差值的标准差保持在15TECU以内,其稳定性显著优于国际参考电离层和Klobuchar模型。     

Single-frequency single-site VTEC retrieval using the NeQuick2 ray tracer for obliquity factor determination

A single-frequency single-site GPS/Galileo algorithm for retrieval of absolute total electron content is implemented. A single-layer approximation of the ionosphere is used for data modeling. In addition to a standard mapping function, the NeQuick model (version 2) of the ionosphere is now applied to derive improved mapping functions. This model is very attractive for this purpose, because it implements a ray tracer. We compare the new algorithm with the old one using an effective global height of the ionosphere of 450 km. Combined IGS IONEX gridded data sets serve as reference data. On global average, we find a small improvement of 1 % in precision (standard deviation) of the NeQuick2 mapping method versus the conventional approach on global average. A site-by-site comparison indicates an improvement in the precision for 34 % of the 44 sites under investigation. The level of improvement for these stations is 0.5 TECU on average. No improvement was observed for 41 % of the sites. Further comparisons of the single (code ranges and carrier phases) versus dual-frequency (carrier phases only) single site algorithm show that dual-frequency VTEC estimation is more accurate for the majority of the stations, but only in the range of 0.3 TECU (2.6 %) in average.     

Galileo IOV卫星广播星历精度评估

介绍广播星历精度评估的基本原理与方法,在此基础上利用长达两年的广播星历数据分析比较Galileo现有IOV卫星的广播轨道精度、钟差精度以及整体精度SISRE的长期和短期变化趋势,结果表明,目前Galileo IOV卫星径向轨道精度优于0.5m,切向精度优于1.8m,法向精度优于1.5m,略优于切向,钟差精度优于5ns,SISRE优于1.3m。从星历精度的长期变化趋势来看,Galileo广播星历精度随系统发展有一定的改善。     

基于STK的全球卫星导航定位系统DOP值仿真

通过STK卫星数据库建立了GPS卫星星座;根据GALILEO卫星设计参数,利用轨道向导建立GALILEO卫星星座。比较了武汉地区GPS、GALILEO、GPS和GALILEO组合的卫星可见数和GDOP值,以及全球GDOP值的分布。     

GPS、Galileo及其组合系统导航定位的DOP值分析

利用Galileo系统的轨道参数模拟了Galileo系统的卫星位置，并计算出DOP值，比较了同一地点同时段内GPS和Galileo的能见卫星个数及DOP值。与单个系统相比，GPS／Galileo组合在任意地点、任意时刻的观测卫星个数增加．其DOP值明显变小；同时计算了组合系统在不同卫星高度角情况下的DOP值变化，发现在卫星高度角较高时仍可以接收到四颗以上的卫星．其DOP值也能达到导航定位的要求。     

遮挡环境下GPS／GLONASS／Galileo组合PPP性能分析

对于城市遮挡环境下单GPS系统精密单点定位(PPP)性能较差的问题,本文采用多系统融合来改善PPP性能,通过不同卫星高度角,将城市四周环境分为正常环境、一般遮挡、较重遮挡等三种环境.分别采用GPS、GPS／GLONASS、GPS／Galileo、GPS／GLONASS／Galileo不同的模式,对香港4个连续运行参考站进行遮挡环境下的静态PPP模拟实验,结果表明:多系统组合能够有效弥补城市四周遮挡环境下卫星的不足,并且GPS／GLONASS、GPS／Galileo、GPS／GLONASS／Galileo组合相对单GPS系统下的PPP性能有着不同程度的改善.      

GPS/Galileo long baseline computation: method and performance analyses

Modernized GPS and Galileo will provide triple-frequency signals for civil use, generating a high interest to examine the improvement of positioning performance using the triple-frequency signals from both constellations over baselines up to hundreds or thousands of kilometers. This study adopts a generalized GPS/Galileo long-range approach to process the mutually compatible GPS and Galileo triple-frequency measurements for high-precision long baseline determination. The generalized approach has the flexibility to deal with GPS and Galileo constellations separately or jointly, and also the capability to handle dual or triple-frequency measurements. We compared the generalized long-range approach with the Bernese v5.0 software on two test baselines located in East Asia and obtained highly compatible computational results. Further, in order to assess possible improvement of GPS/Galileo long baseline determination compared with the current dual-frequency (L1/L2) GPS, we simulated GPS and Galileo measurements of the test baselines. It is shown that the current level of accuracy of daily baseline solutions can be improved by using the additional Galileo constellation. Both the additional constellation and the triple-frequency measurements can improve ambiguity resolution performance, but single-constellation triple-frequency ambiguity resolution is more resistant to the influences of code noise and multipath than dual-constellation dual-frequency ambiguity resolution. Therefore, in environments where large code noise or multipath is present, the use of triple-frequency measurements is the main factor for improving ambiguity resolution performance.     

北斗导航系统电文播发方式研究

基于各电文信息的重要程度和需要的重复周期是不同的,以及高播发速率和低播发速率有各自的优势这两个认识,提出了一种多速率播发方式。在一个信号上可以根据信息内容、区域使用环境等因素改变播发速率,达到解决使用灵敏度与首次定位时间、信息容量间矛盾的目的。给出了此种播发方式的播发方法、接收方法和性能分析。     

Galileo/GPS组合观测值模糊度解算方法研究

Galileo和GPS的多个频率可形成有良好特性的组合观测值,利用这些组合观测值可以直接解算载波相位模糊度。本文选用不同波长的Galileo/GPS多频组合观测值,按不同组合方式分步固定整周模糊度,并计算出每步模糊度解算的成功率。本文研究表明,选用合理的观测值组合方式,Galileo/GPS组合观测值模糊度解算方法能以较高的成功率固定组合观测值模糊度及基本载波模糊度。     

BDS／Galileo系统观测数据质量分析

卫星导航系统观测数据质量的好坏直接影响到该系统全球化应用进程．本文重点分析评估了BDS／Galileo系统观测数据的质量,选用21个分布在全球各地MGEX观测站2019年年积日66-76日的观测数据,主要从数据可用率、数据完整率、多路径效应等方面对BDS／Galileo系统观测数据进行了质量评估,同时与GPS系统观测数据质量进行对比分析．实验结果表明:BDS／Galileo系统已具备全球定位能力,Galileo系统数据质量稍优于BDS／GPS,BDS和GPS基本上处于同一水平.      

利用GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP反演大气可降水量

为进一步改善精密单点定位（PPP）探测大气可降水量（PWV）的性能,本文提出采用GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP进行PWV反演的方法,并利用国内3个MGEX（multi-GNSS experiment）观测站的实测数据,对GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP在大气水汽探测方面的性能进行了评估。试验结果表明：相较于GPS PPP、GPS/BDS组合PPP和GPS/GLONASS组合PPP,GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP估计天顶对流层延迟（ZTD）的初始化时间分别缩短了33%、26%、20%,且能获得更高精度的ZTD估值和PWV信息,在大气水汽探测方面的性能更优。