近年来我国GNSS电离层延迟精确建模及修正研究进展

空间电离层是影响全球卫星导航系统(GNSS)应用服务性能最棘手的误差源之一。近几十年来,随着地基/空基GNSS数据的日益丰富,国内外学者发展并提出了多种重要技术措施修正、削弱电离层延迟对各类GNSS用户导航定位的影响,取得了重要进展和成果。本文在系统总结GNSS空间电离层延迟影响修正研究成果的基础上,从电离层延迟信息精确提取、建模及误差分析、实时改正方法等几个方面,重点介绍了近年来我国在这一领域的主要研究进展情况。     

不同活跃状态下香港区域电离层建模分析

针对如何选取合适的区域电离层模型阶数的问题，该文研究了不同活跃状态下香港区域电离层模型的精度，提供了电离层平静期、活跃期、异常期区域电离层球谐函数建模的最佳阶数。利用低纬度香港CORS网数据，建立区域电离层模型，通过对比欧洲定轨中心(CODE)电离层产品验证了区域电离层模型最佳阶数的建模精度。在约110 km区域范围内，研究结果表明：(1)电离层平静期，1～5阶球谐模型垂直电子总含量(VTEC)建模效果相当，相对于CODE产品VTEC偏差的均值为2.286～3.300 TECU;(2)电离层活跃期和异常期，2阶模型VTEC建模精度最高，相对于CODE产品VTEC偏差的均值分别为4.121、4.546 TECU;(3)随着球谐模型阶数增加，2阶以上球谐模型电离层拟合精度无显著提升；(4)随着电离层活跃更加剧烈，球谐模型拟合残差逐渐增大，拟合效果和建模精度出现下降。     

不同长度基线的电离层处理策略

针对不同长度的基线,受双差之后电离层延迟影响不同,提出一种新的电离层处理策略。对短、中、长基线处理分别采用3种不同的数学模型:电离层固定模型,电离层加权模型,电离层浮点模型。通过3组不同长度基线实测数据处理表明,对应不同长度的基线,文中策略可以有效地提高模糊度固定率及定位精度。     

基于不同电离层模型的精密单点定位精度分析

随着PPP的发展与应用,对PPP误差源的研究更加精细、更加科学.电离层折射是高精度PPP的主要误差之一,国内外通用方法是用大气传播理论建立电离层修正模型.本文主要探讨了电离层对精密单点定位影响的基本理论,总结了目前常用方法;研究了Klobuchar模型的改正公式及计算方法;系统地研究了双频观测值建立消电离层延迟模型的理...     

基于深度学习构建的全球电离层NmF2模型

采用递归神经网络对空基COSMIC和地基垂测站数据建立了全球电离层峰值电子密度模型,模型均方根误差达到1.3×10~5 el/cm~3。在春夏秋冬4个季节内,人工神经网络ANN模型预测精度比IRI模型分别提高了25.7%、19.7%、33.3%和21.8%。另外,ANN模型不仅能够有效地模拟全球电离层时空变化特征,也能够成功地模拟电离层的诸多区域物理变化特性,如赤道电离异常、威德尔海异常、中纬度夜间异常和冬季异常。ANN模型可以为改正单频接收机的电离层延迟发挥一定的作用。     

几种地基GPS区域电离层TEC建模方法的比较及其一致性研究

利用GPS实测资料实现了中国区域电离层电子含量建模,比较和评估了多项式模型、三角级数模型和低阶球函数模型的监测精度及存在的问题。研究表明,在平静电离层的条件下,多项式模型和低阶球函数模型拟合的精度较好,但前者存在明显的边际效应;三角级数模型在用于大区域拟合时精度较差;高纬度地区模型拟合的精度要优于低纬度地区。根据这些模型参数设置的特点以及电离层本身的变化分布规律,分析了这些差异存在的原因。     

利用GPS载波相位观测值建立区域电离层模型研究

介绍利用载波相位观测值建立区域电离层模型的理论和方法，讨论该模型在实现过程中需要注意的问题，结合具体算例与利用伪距观测值计算的电离层模型的精度进行比较。     

北斗卫星信号实时单站电离层估计算法及性能分析

在研究已有实时电离层估计方法的基础上,提出了顾及硬件延迟偏差的实时单站电离层总电子含量估计方法。利用该方法对位于湖北省内的8个测站C}PB和北斗实测数据进行模拟实时的处理,将估计结果与全球电离层格网模型进行对比分析,GPB和北斗的估计结果其量值及变化趋势与全球电离层格网模型插值结果都较为一致,其中GPB的误差保持在4 TECU (1 TECU= 1016 m-2` ) 之内,北斗的误差保持在4 TECU之内。实验表明,该方法可以很好地实现实时单站电离层估计,独立利用北斗卫星导航系统信号可以实现电离层活动监测。     

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。     

Tgd对双频观测值电离层模型的影响分析

采用双频观测值建立穿刺点上的VTEC模型,说明了Tgd因素的影响,用实际数据分析了其影响。     

弱电离层组合SPP在极区定位效果分析

研究了Klobuchar电离层改正模型和双频消电离层组合在伪距单点定位中的应用。通过实验验证了Klobuchar模型在极区的不适用性,并从理论上分析了消电离层组合在伪码噪声放大方面的缺点。针对消电离层组合中的不足,将噪声放大视为伪距定位中的主要矛盾。在降低伪距噪声和电离层延迟的不完全消除之间寻求平衡,提出了一种兼顾降噪与电离层改正的双频组合,称之为弱电离层组合。利用南极地区多个IGS跟踪站的多天数据,验证了弱电离层组合伪距单点定位相对于消电离层组合具有更好的定位效果,定位精度普遍可以提高15%~30%。不同测站对应的改善程度不尽相同,接收机内部因素造成的观测质量不佳也会使得定位精度改善不显著。     

一种基于卫星轨迹的电离层区域建模方法

提出了一种改进的基于卫星轨迹的电离层区域建模方法,详细讨论了基于卫星轨迹电离层区域建模的基本原理,并利用IGS SHAO单基准站数据建模试验,分析验证了基于卫星轨迹的电离层建模方法的可靠性。该模型可以有效表达电子密度小区域陡变,模型区域拟合精度在1~3 TECU。     

多系统广播电离层模型精度评估

电离层误差是导航定位主要的误差源之一,广播电离层模型为单频用户修正电离层延迟提供了简便有效的方法。本文采用CODE提供的GIM产品作为评估的基准,对4大广播电离层模型进行了多方面精度评估,旨在为后续的模型改进及应用提供参考。结果表明：各个模型北半球改正率高于南半球,白天改正率高于晚间;NeQuick模型在中低纬度服务性能一般,但在高纬度地区明显高于BDSK8、GPSK8模型,改正率高出BDGIM模型约5%,BDSK8、GPSK8、BDGIM模型在中低纬度改正率较高,高纬度带改正率稍差;BDGIM模型性能总体优于其他模型,全球范围改正率可达76.91%。     

全球电离层延迟建模及精度分析

采用中国测绘科学研究院iGMAS分析中心数据,建立全球电离层延迟模型,进行精度分析。结果表明,全球电离层球谐函数建模结果与CODE差值基本在0～4 TECU之间。大陆地区精度最高,基本在1 TECU以内;海洋地区以及南半球部分地区精度较差,最大能达到4 TECU;各卫星C1-P2的DCB结果与CODE差值在0左右波动,大部分在1.5 ns以内,说明本文的GPS/GLONASS卫星系统DCB精度与CODE相当。     

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。     

基于EOF的实时三维电离层模型精度分析

讨论了建立基于EOF(empirical orthogonal runction)的实时三维电离层模型的方法,利用欧洲区域14个IGS跟踪站全天的观测数据模拟实时数据流进行了实验,将这种方法与二维球谐函数模型的结果进行了比较,结果显示基于EOF的实时三维电离层模型全天的模型残差以及与实测值偏差的均方根都在0.2 m以内,优于二维球谐函数模型。     

利用GPS组合观测值建立区域电离层模型研究

介绍了VTEC模型的基本原理，给出了三种利用载波相位观测值改善伪距观测值精度的方法，利用三种组合观测值分别建立VTEC模型，并与利用伪距观测值计算的VTEC模型的精度进行比较。     

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。     

基于Holt-Winter的电离层延迟预报模型

区域CORS系统为电离层延迟的研究提供了新的技术和数据平台,可利用参考站实际观测数据解算电离层延迟。根据电离层延迟具有周日性和季节性的特征,提出利用Holt-Winter模型对实算的电离层延迟进行预报。利用JSCORS的实测数据,对Holt-Winter的无季节模型、加法模型和乘法模型进行实例分析。结果表明,加法模型和乘法模型的预报效果较好,加法模型要稍优于乘法模型。     

卫星导航中电离层误差校正技术现状与发展

电离层误差严重影响着GNSS的定位精度,GPS、BDS、Galileo、GLONASS有不同的电离层误差校正方法.全文概述了电离层误差校正方法,综述了单频电离层误差校正、双频电离层误差校正及多频电离层误差校正等技术的原理与发展现状.在单频电离层误差校正技术中总结了增强系统中的电离层误差校正技术、北斗全球电离层延迟修正模型(BeiDou global ionospheric delay correction model,BDGIM)、Klobuchar模型、单频电离层误差校正技术的优化—附加国际参考电离层(international reference ionosphere,IRI)约束模型和NeQuick-G模型;在双频电离层误差校正技术中重点总结了双频消电离层误差、无电离层组合模型及PPP-RTK技术中电离层误差校正方法;在多频电离层误差校正技术中介绍了高阶项改正和地磁场建模对电离层误差校正技术的优化与改进.最后,对电离层误差校正技术及其改进方法进行了分析,总结了其发展趋势与方向.