山东区域电离层模型的建立及精度评估

针对电离层延迟改正对单频接收机用户带来误差较大的问题,该文基于球谐函数借助山东区域CORS双频观测数据建立山东区域电离层模型,并对硬件延迟偏差(DCB)和电子含量进行可靠性、稳定性分析,进一步使用单频精密单点定位(PPP)验证山东区域电离层模型的有效性。实验结果表明:测站DCB解算精度稳定在0.4ns内,解算卫星DCB与欧洲定轨中心(CODE)的偏差总体稳定在0.5ns内,区域电离层模型与CODE解算VTEC差值的均方根为1.22TECU,STD为0.93TECU,对山东区域单频PPP而言,山东区域电离层模型比CODE发布全球电离层模型在N、E、U方向精度明显提高。同时,建立的山东区域电离层模型从时间分辨率、空间分辨率上均优于CODE中心发布全球电离层模型。     

同时估计电离层延迟的单频精密单点定位方法

提出一种基于单频码和相位观测量的单频精密单点定位方法,将每个观测量的电离层延迟量与接收机钟差、对流层天顶延迟、接收机位置、相位模糊度一起作为未知参数。采用约化参数的平方根信息滤波与平滑算法进行参数解算。该方法适用于实时定位和事后处理,且不需要外部的电离层模型。采用全球分布的32个IGS监测站16 d实测数据进行静态解算试验,结果表明E、N、U方向的RMS分别为0.023 m、0.018 m、0.059 m;基于一组机载GPS数据进行动态解算试验,得到E、N、U方向的RMS(与载波相位动态相对定位结果比较)分别为0.168 m、0.151 m、0.172 m。     

基于北斗GEO的电离层延迟修正方法比较与分析

电离层延迟是影响导航定位精度的最主要因素。北斗卫星导航系统采用Klobuchar模型修正单频接收机用户的电离层延迟误差,对于双频接收机,可以利用不同频率信号的伪距观测数据解算得到电离层延迟值。为比较两种方法在天津地区的电离层延迟修正效果,利用NovAtel GPStation6接收机(GNSS电离层闪烁和TEC监测接收机)采集到的卫星实测数据进行计算。以国际全球导航卫星系统服务组织(IGS)发布的全球电离层格网数据为参考,对两种方法的修正效果进行比较分析。结果表明,在天津地区,利用双频观测值解算电离层延迟比Klobuchar模型计算结果更加精确,且平均每天的修正值达到IGS发布数据的82.11％,比Klobuchar模型计算值高948％      

基于神经网络的区域电离层模型及其在单频PPP中的应用

基于武汉市CORS系统的双频非差载波相位观测数据,利用改进的神经网络方法建立区域电离层模型,并通过单频GPS精密单点定位的计算实例来分析该模型的精度。计算实例表明,当基准站间的距离小于100km时,基于神经网络的区域电离层模型的平均外符合精度为0．03m,对于时段长度为4h的单频PPP静态时段解可以达到厘米级的定位精度。     

单频GPS实时定位精度分析

电离层延迟误差是单频GPS实时/事后定位误差的一个重要来源,目前尚无有效的方法来削弱其影响。针对这一状况,该文首先介绍了单频GPS改正电离层延迟误差的常用方法,通过分析说明了电离层格网数据能够有效改善单频GPS实时/事后定位误差。给出了电离层格网数据的建立、预报方法,并详细介绍了刺入点地心经纬度VTEC值的计算方法、四点格网法内插刺入点天顶方向的总电子含量以及单层模型投影函数。结合算例,分析比较了不同类型电离层改正数据与卫星星历数据对单频GPS实时/事后定位精度的影响。实验结果表明,利用电离层格网预报数据能够显著改善单频GPS的实时/事后导航定位精度,对提高单频GPS定位精度具有一定实用价值。     

电离层延迟对单频GPS点的影响及改正方法研究

电离层延迟是单频GPS地面沉降监测点的最主要误差源,如何削弱该误差的影响是提高单双频混合地面沉降监测系统精度的关键。采用中国广州南沙单双频混合GPS地面沉降监测网数据进行处理分析,结果表明,在低纬度地区即使基线较短,电离层延迟对单频GPS监测精度影响仍然较大,影响程度随基线长度增加而增大,而且在时间域上有明显的季节性变化规律:2、3月份与8、9月份电离层影响较为显著。利用双频点数据从观测值域对单频点电离层延迟误差进行改正,监测精度提高了57%,改善效果明显。     

电离层误差对城市轨道交通GPS控制网测量精度的影响分析

以南宁市轨道交通GPS控制网测量的实际工程作业为背景,首先对电离层延迟基本模型的建立进行了论述,然后结合南宁市区域大气电离层活动的特点,利用电离层延迟模型和精密数据处理软件对南宁市区域电离层延迟数据进行了解算,并通过与电离层现报数据进行比较,分析了南宁市轨道交通GPS控制测量短周期内各个测站的电离层延迟变化规律以及市轨道交通GPS控制网测量的影响。     

一种利用动态参考网实现单频接收机精密单点定位的新方法

对历元差分电离层模型(SEID)进行了改进,给出了在地面处建模与在所假定电离层薄层处建模差异量的精确计算公式,发现了可利用多个双频动态参考站(动态参考网)进行建模这一实用特性,并以此提出了一套基于动态参考网的单频接收机精密单点定位数据处理方法。实验结果表明,即使对于电离层活跃性较强且范围为100km×100km的测区,利用3个以上双频动态参考站的观测数据,便能为测区内单频接收机用户提供平面方向精度优于5cm的动态精密单点定位服务。     

单频精密单点定位中电离层延迟改正方法

在单频精密单点定位中,电离层延迟是降低定位精度的一个重要因素.本文利用基准站上的双频接收机测定每颗卫星运动轨迹通过电离层的部分,然后通过曲面拟合函数来对各个卫星轨迹通过的电离层建立模型,并对单频精密单点定位进行电离层延迟改正.实验分析表明,用该电离层延迟模型进行单频精密单点定位能够获得较好的精度要求,收敛速度得到了很大的提高.     

单频精密单点定位观测模型和电离层处理方法比较

利用单频码、相位和GRAPHIC组合3个观测量的两两组合可以构造3种单频精密单点定位观测模型:基于码和GRAPHIC观测量的C-G模型,基于GRAPHIC和相位观测量的G-P模型和基于码和相位观测量的C-P模型。针对电离层延迟改正问题,考虑了最高精度的模型改正方法——IGS格网电离层改正和估计电离层延迟参数两种方案。采用全球分布的15个IGS监测站16d的数据和一组机载动态GPS数据进行解算实验。结果表明,不同观测模型和不同的电离层延迟处理方法,定位效果有明显差异。     

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.     

Ionospheric TEC predictions over a local area GPS reference network

Single layer ionosphere models are frequently used for ionospheric modeling and estimation using GPS measurements from a network of GPS reference stations. However, the accuracies of single layer models are inherently constrained by the assumption that the ionospheric electrons are concentrated in a thin shell located at an altitude of about 350 km above Earths surface. This assumption is only an approximation to the physical truth because the electrons are distributed in the entire ionosphere region approximately from 50 to 1,000 km. To provide instantaneous ionospheric corrections for the real-time GPS positioning applications, the ionospheric corrections need to be predicted in advance to eliminate the latency caused by the correction computation. This paper will investigate ionospheric total electron content (TEC) predictions using a multiple-layer tomographic method for ionospheric modeling over a local area GPS reference network. The data analysis focuses on the accuracy evaluation of short-term (5 min in this study) TEC predictions. The results have indicated that the obtainable TEC prediction accuracy is at a level of about 2.8 TECU in the zenith direction and 95% of the total electron content can be recovered using the proposed tomography-based ionosphere model.     

区域卫星导航系统硬件延迟解算

从区域卫星导航系统的实际情况出发,针对我国星座和地面站分布的特点,提出了区别于GPS的硬件延迟解算策略。首次利用实测数据分析论证了该解算策略,根据解算结果对卫星的TGD参数出厂标定值和接收机IFB参数进行修正。修正之前电离层14参模型解算内符合精度只有50%,修正之后达到70%。     

用双频GPS观测值建立小区域电离层延迟模型研究

介绍了用双频GPS伪距观测值建立区域性电离层模型的基本原理和方法。模型的初步结果表明，该电离层模型建立后，可为性病区域的广大单频用户提供在天顶方向优于0．4m精度的电离层延迟改正量，且具有30min以内天顶方向优于0．4m的预报精度。     

GPS网络差分方法与实验

GPS连续运行站由于具有多种优势,所以在我国逐步建立,并开始得到广泛应用。但对于距离基准站较远,且位于基准站网一侧的情况下,该如何进行高精度的实时/快速卫星定位?本文给出了一种GPS网络差分方法,通过该方法可实现远海的高精度实时/快速GPS定位。最后,模拟远海应用情况进行实测试验,实验结果证明:在基准站距离200~300km的情况下,用户在距离基准站网400km一侧的范围内,采用双频机可实现优于2m的实时高精度定位,5min快速静态的水平精度优于1m,观测20min可到达优于0.5m的水平定位精度。     

基于L5的GPS电离层折射误差改正

在分析电离层折射误差模型以及双频改正模型的基础上,在原有的双频数据处理方法之下,利用GPS现代化中新增的L5频率与原有的L1、L2频率进行新的双频组合,再利用双频组合解算来得出电离层折射误差,以取得双频最优改正值,进而即可对GPS的电离层折射误差进行有效的改正。同时,简单介绍利用三频观测值改正电离层折射误差二阶项的方法。这些方法的使用均可提高GPS电离层折射误差的改正精度,从而提高GPS的定位精度,扩大其应用的深度与广度。     

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。     

GPS sensitivity analysis applied to non-permanent deformation control networks

This paper illustrates the surveys and the results obtained in an experiment whose goal is to evaluate the Global Positioning System (GPS) sensitivity and accuracy for deformation control on non-permanent network of different extensions. To this aim a high-precision device was properly built to set up known displacements along three orthogonal axes of a GPS antenna. One of the antennas in the considered GPS networks was moved according to centimeter and sub-centimeter displacements; after careful GPS data processing, it was evaluated whether these simulated deformations were correctly a posteriori detected and at which probability level. This experiment was carried out both on a local (baselines ranging between 3 and 30 km) and on a regional (baselines ranging between 300 and 600 km) GPS network. The results show that in the local network it is possible to identify the displacements at a level of 10 mm in height and at a level of 5 mm in horizontal position. The analysis of the regional network showed that it is fundamental to investigate new strategies to model the troposphere; in fact, it is necessary to improve the precision of the height in order to correctly identify displacements lower than 60–80 mm; on the contrary, horizontal displacements can be evidenced at the level of 20 mm. Received: 27 April 1998 / Accepted: 14 December 1998     

GPS硬件延迟计算精度及其稳定性分析

硬件延迟是利用GPS进行TEC测量时最大的误差源,其影响可达30多TECU。为获得更准确的绝对TEC数值,必须利用一定的电离层模型计算得出GPS系统硬件延迟。本文为估算利用一个时段内的观测数据计算得出的硬件延迟对后续时段TEC测量的影响,利用IGS网络中60多个数据质量良好的GPS跟踪站数据,对硬件延迟的精度和稳定性进行了研究。结果表明:GPS系统硬件延迟在短期内具有较好的精度和稳定性,但是当发生电离层扰动现象时GPS系统硬件延迟的精度和稳定性会遭到破坏。同时根据GPS系统硬件延迟稳定性的研究成果,本文还提出了一种对太阳耀斑进行预报的观点。