星地时间比对大气误差修正及其影响因素分析

由于空间环境较为复杂，大气对无线电微波信号的影响是星地高精度时间比对的主要误差源之一.针对星地高精度时间比对的需求，研究了双向测量体制下的电离层误差修正方法及对流层色散延迟修正方法，对影响大气误差修正的主要因素展开了讨论，并对不同场景下大气误差修正情况及星地时间比对结果进行了仿真分析.仿真结果表明：当卫星姿态误差控制在100 as以内、相位中心标定误差控制在5 mm以内、精密定轨误差控制在30 cm以内时，通过相应的误差修正算法修正后，电离层误差残差的RMS值小于0.006 ps，对流层误差残差的RMS值小于0.06 ps，星地时间比对精度优于皮秒量级.     

卫星导航系统中对流层改正模型分析

为了获取高精度的卫星导航系统时间, 需要对卫星导航系统信号传输过程中的各项误差进行修正, 对流层延迟是卫星导航系统精密定位的主要误差源之一。本文利用模型函数理论针对对流层延迟的误差修正进行比对分析研究, 分别介绍了对流层模型:Marini模型、霍普菲尔德(Hopfield)模型、萨斯塔莫宁(Saastamoinen)模型、勃兰克(Black)模型, 定量分析了温度、气压、湿度等气象参数及测站地理位置对各模型的影响程度, 系统分析了对流层延迟特性及其误差改正模型的精度, 并利用事后公布的IGS跟踪站的对流层时延改正数据对模型分析结果进行检验, 得出Black模型受测站高程及各气象参数变化影响最小, 且优于GPS接收机内部改正模型产生的对流层时延。     

全球高精度对流层延迟建模及其在地基GNSS技术中的应用研究

对流层延迟是空间大地测量技术的一种主要误差源。在GNSS中,一般采用模型化或参数估计的方法削弱对流层延迟影响。目前已建立的对流层经验模型均是基于单一数据源,时空分辨率和精度有限,且现有的模型应用研究大多局限于定位解算的直接改正法。本文旨在建立高精度的对流层延迟模型,发展其在地基PPP和GNSS-IR(GNSS interferometric reflectometry)技术中应用的新方法,围绕多源对流层延迟产品精度评估、多源对流层延迟模型和高精度湿延迟模型建立、对流层延迟模型在PPP以及地基GNSS-IR技术中的应用展开研究,主要工作和贡献如下:(1)提出了顾及相邻层之间协方差的探空对流层延迟精度评定方法,得到全球312个探空站2010—2015年的ZHD,ZWD和ZTD的精度分别为2.87 mm、2.71 mm和4.85 mm。     

星地无线电双向时间比对法误差源分析

本文简要介绍了星地无线电双向时间比对法的基本原理,给出其地心惯性系中计算模型,分析了各种误差源对星地间相对钟差的影响,计算了在几种计算精度下卫星和地面站位置和速度误差所需要达到的精度.结果表明:影响星地无线电双向法精度的主要误差源为设备时延误差和电离层延迟误差,而由于卫星和地面站位置不准确引起的误差相对较小;对于电离层...     

精密单点定位中对流层延迟参数的相关性研究

为了确定对流层延迟参数的自相关性及其与坐标参数的互相关性,本文研究采用随机卡尔曼滤波进行精密单点定位解算。根据自相关原理计算出对流层天顶延迟误差的自相关函数,采用4种经验函数模型分别对自相关函数进行拟合,结果表明exponential-cos为最佳拟合模型;对对流层天顶延迟误差与坐标垂直分量误差的互相关性进行了分析,结果表明二者显著负线性相关;坐标垂直分量误差波动幅度是对流层天顶延迟误差波动幅度的4倍左右;卫星截止高度角越低,参数相关性越强。     

常用对流层区域拟合模型的比较分析

对流层延迟误差,作为CORS系统的主要误差源之一,在高精度定位中必须予以改正。以高精度GPS数据处理软件Bernese5．0为平台,利用北部湾CORS系统实测数据,比较、分析了目前几种常用的区域对流层改正模型的内插精度,得到了一些有益的结论。     

GPS/VRS对流层延迟误差内插模型研究

在GPS/VRS高精度定位中,对流层延迟误差是影响定位精度的主要因素之一。由于该误差与各参考站间距离相关,目前主要是通过内插模型消除对流层延迟误差影响,实现用户高精度定位。通过总结近十年来主要的几种内插模型,并结合美国CORS网络的六个参考站的数据进行实验分析,发现内插模型误差和卫星高度角以及用户与参考站高程差是相关的,其中LIM模型和LCM模型能够获得较优的效果,可应用于消除对流层延迟误差。     

Modem通道时延对多台站TWSTFT的影响分析

针对多通道调制解调器(Modem)不同接收通道间时延值差异对双向卫星时间频率传递(TWSTFT)结果产生较大影响的问题,该文通过使用卫星模拟转发器的方法,实时测量地面站设备时延。采用多台站间两两双向的方法,归算后验证设备时延对三站闭合差结果的影响。依托国家授时中心的卫星双向比对网,开展了各地面站间基于中星12号卫星的TWSTFT试验。结果表明,通道时延对闭合差结果影响较大,在通道时延扣除前,误差可达数十纳秒;而在扣除后,结果优于0.2ns。这表明:多通道Modem各通道时延值不同引起的误差可有效测量并扣除,从而多台站开展TWSTFT是可行的。这样不仅提高了TWSTFT的执行效率,方便快捷地检验地面站间时间同步的准确度,而且节约了卫星资源的占用率。     

GGOS对流层延迟产品精度分析及在PPP中的应用

对流层延迟是卫星导航定位的主要误差源,GNSS广域增强需要高精度的对流层延迟产品进行误差修正。对流层延迟可通过GNSS进行实时估计,也可通过融合多源数据的数值气象预报模型获取。IGS发布的全球对流层天顶延迟产品由GNSS解算,其精度可达4mm,时间分辨率为5min,但其分布不均匀,在广袤的海洋区域无数据覆盖。GGOS Atmosphere基于ECMWF 40年再分析资料,可提供1979年以来时间分辨率为6h、空间分辨率为2.5°×2°的全球天顶对流层总延迟格网数据。本文通过2015年全球IGS测站的ZTD资料对GGOS的ZTD产品进行了评估,研究了GGOS Atmosphere对流层延迟产品与IGS发布ZTD资料之间的系统差,通过线性拟合估计出每个测站GGOS-ZTD与IGSZTD系统差系数(包括比例误差a和固定误差b),然后对比例误差a、固定误差b进行球谐展开,建立了两种ZTD数据源之间的系统差模型。选取IGS测站和陆态网测站,对附加系统偏差改正后的GGOSZTD产品对PPP的收敛速度的影响进行研究。本文研究结果表明:GGOS-ZTD与IGS-ZTD间存在系统偏差,其bias平均为-0.54cm;两者之间较差的RMS平均为1.31cm,说明GGOS-ZTD产品足以满足广大GNSS导航定位用户对对流层延迟改正的需要。将改正了系统差后的GGOS-ZTD产品用于ALBH、DEAR、ISPA测站、PALM测站、ADIS测站、YNMH测站、WUHN测站进行PPP试验,发现可明显提高定位收敛速度,尤其是在U方向上,收敛速度分别提高10.58%、31.68%、15.96%、43.89%、51.46%、14.69%、18.40%。     

BDS中长距离基线高精度静态定位方法与实验

针对BDS高精度相对定位中,大气延迟误差的空间相关性随基线长度的增加而降低,影响整周模糊度解算效率和测站定位精度的问题,该文研究了一种BDS中长距离基线高精度静态定位方法。在解算出宽巷整周模糊度的基础上,通过载波相位无电离层组合观测值对相对天顶对流层延迟误差进行参数估计,处理对流层延迟误差的影响。同时进行载波相位整周模糊度解算和定位计算。采用两组基线7 d实测观测数据,进行中长距离基线高精度静态定位实验,实验结果表明本文的方法可以实现BDS中长距离基线毫米级静态定位。     

海道测量定位中对流层延迟差分估计技术研究

为削弱海上对流层延迟对高精度海道测量的影响,提出了一种基于差分改正思想的对流层延迟估计方法。首先,以Saastamoinen模型作为先验值,采用精密单点定位技术估算对流层改正量。将天顶延迟的剩余误差作为待定参数,用Kalman滤波估计对流层的残余量;然后,分别估计基准站和移动站的对流层延迟,作为差分计算的初值代入差分解算模型中,从而求得海上移动站的精确位置。实测数据表明,相对于常规动态解,基于对流层差分改正的定位技术改善了移动站的定位精度,其中,垂直方向的精度提高了17.6%。     

一种基于遗传算法和BP神经网络的对流层延迟改正模型

对流层延迟是影响全球卫星导航系统定位精度的主要因素之一。针对全球气象数据建立的对流层延迟改正模型区域精度较低这一问题,文中基于遗传算法和BP神经网络技术,在EGNOS模型基础上建立一个高精度的区域融合模型(GA-BPEGNOS模型)。选取北美洲2010—2014年41个观测站点,以国际GNSS服务中心的对流层产品作为真值,分析比较EGNOS模型和融合模型的对流层天顶延迟。研究表明,EGNOS模型的均方根误差为80.38mm,融合模型的均方根误差为34.44 mm。与EGNOS模型相比,融合模型的精度提高约57%,取得满意效果。     

基于星间距离变化的动态双向时间同步算法

以卫星双向时间同步算法为基础,分析了运动卫星之间的双向时间同步信号传播延迟随星间距离的变化特点,推导了按此算法计算得到的卫星钟差随星间距离的变化规律,提出了一种利用星间伪距拟合多项式和钟差拟合多项式联合求解高精度星间钟差的卫星动态双向时间同步算法。实际卫星的仿真数据表明,该算法能够把星间的时间同步误差控制在5 ns以内,可用于星间高精度时间同步。     

京津冀地区GNSS对流层延迟空间插值研究

对流层延迟差异影响合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)形变测量精度;水汽的变化影响天气变化.对流层延迟与水汽具有较好的对应,因此有必要开展全球导航卫星系统(GNSS)对流层延迟的插值研究.以京津冀地区为例,针对GNSS对流层延迟,开展对流层延迟的空间插值研究.首先开展了GNSS对流层延迟与水汽的比较分析,两者存在显著正相关特性,相关性超过91.7%,论证了对流层延迟取代水汽的可行性.然后利用反距离权重法对京津冀地区2016年9月至2017年8月的12组GNSS测站对流层延迟进行空间插值,通过提取插值点对流层延迟与GNSS站点对流层延迟比较验证空间插值精度.全年数据平均偏差最大为1.12cm,均方根误差最大为0.89cm;未发生降水过程平均偏差最大为1.25cm,均方根误差最大为0.82cm;发生降水过程平均偏差最大为1.08cm,均方根误差最大为1.38cm.京津冀平原区域的GNSS对流层延迟空间插值结果精度满足气象等应用要求,可为气象预报和InSAR大气校正提供参考.     

面向大高差RTK的对流层延迟改正模型及实时差分服务构建

在大高差区域,实时动态定位(real time kinematic, RTK）的站间对流层延迟差异较大,传统的RTK算法忽略站间大气延迟误差,严重影响定位精度。无论是全球还是中国范围,大高差地形都广泛分布,研究大高差RTK十分必要。由于对流层延迟参数与高程参数强相关,RTK中无法实时估计对流层延迟,引入外部模型是大高差RTK中修正对流层延迟误差的唯一手段。分析了大高差RTK对对流层延迟模型的特殊需求,总结了可用的经验对流层延迟模型。为进一步提高大高差RTK的定位精度,提出了基于连续运行参考站和气象站的实时实测对流层延迟模型构建方法。两种方法虽然能够提高RTK精度,但都存在各自的缺陷,未来需要进一步研究。在此基础上,提出了基于因特网航海无线电技术委员会传输协议的小区域大高差RTK服务方法,实现了RTK用户的对流层延迟无感改正。     

网络RTK对流层误差建模方法及特性研究

网络RTK(real-time kinematic)定位中区域观测误差与基准站距离相关,对流层延迟误差的内插计算和改正的常规模型也受距离限制,本文深入研究了基于高程的对流层延迟误差建模的方法,并对其特性进行了分析.首先对对流层延迟误差空间尺度特性分析,得出了对流层延迟仅与高程强烈相关的结论,在此基础上研究并选取基于高程...     

UNB对流层延迟改正模型的精度分析

为了消弱对流层对GPS高精度定位的影响,UNB(University of New Brunswick)发布了最新的格网天顶对流层延迟。本文介绍该数据模型的内插改正方法,采用全球12个IGS站比较内插精度,结果显示大部分测站的中误差小于±5 cm,可以为卫星定位和对流层延迟估计提供较为准确的初值。     

一种优化的对流层天顶延迟融合模型FZTD

对流层延迟是影响全球卫星导航系统(GNSS)定位精度的主要误差源之一,模型修正法是目前削弱对流层延迟影响的主要方法.以简单易用的角度为切入点,综合UNB3模型的简易性和GPT2w模型的高精度特点,构建一种简易且精度较高的对流层天顶延迟融合模型(FZTD).并利用多年的国际GNSS服务(IGS)对流层天顶延迟(ZTD)数...     

下行L波段轨道法时间比对计算模型误差分析

通过星地时间比对可以实现地面站与卫星之间的时间同步,主要采用的星地时间比对方法有星地无线电双向比对、卫星激光双向测距比对、下行L波段轨道法比对、伪码与卫星激光测距比对和伪距与星地测距比对等。本文介绍了下行L波段轨道时间比对法在地心惯性系中的计算模型,对影响下行L波段轨道法时间比对精度的主要误差源进行了详细分析。     

基于GNSS-R的海面风场监测系统研究

为全面获取海面粗糙度信息,实现导航卫星反射信号高精度风场反演,在给出海浪谱及散射信号相关功率模型基础上,通过对海面时延一维、时延/多普勒二雏信息采样方式进行分析和仿真,验证了散射信号相关功率Z-V模型.仿真结果表明,时延/多普勒二雏采样方式能全面反映海面粗糙度信息.以此为理论依据设计完成了基于二维信息获取的多普勒延迟映射接收机,阐述了接收机的硬件组成及工作原理,分析了多普勒串行码片并行的数据处理模式,为导航卫星反射信号的海面散射功率获取提供了可靠方式.