不同全球电离层格网产品在中国区域的应用精度评估与分析

基于全球卫星导航系统(GNSS)跟踪站和Jason测高卫星获得的电离层总电子含量(TEC),系统评估了国内外5家国际GNSS服务(IGS)电离层分析中心以及全球连续监测评估系统(iG-MAS)综合中心的预报、快速和最终全球电离层格网产品(GIM)在中国区域的精度和标准单点定位应用性能.结果表明:不同类型GIM产品在中国...     

iGMAS全球电离层延迟模型及并行计算策略

针对全球电离层延迟建模中传统串行处理方法效率低等问题,研究了基于全球分布的IGS跟踪站和iGMAS跟踪站观测数据实现全球电离层建模并行解算的基本方法、流程及策略。在Bernese软件基础上研制了一套iGMAS全球电离层延迟建模软件。为了验证并行解算方法的正确性和计算效率,利用全球200个左右IGS跟踪站和6个iGMAS跟踪站2014-08-20-2014-09-06共7周的观测数据,解算了快速电离层TEC格网。与IGS,CODE以及ESA最终电离层格网比较,结果表明:基于该方法解算的快速电离层TEC格网,与CODE,ESA以及IGS最终电离层TEC格网的互差,统计不同纬度带内偏差的均方根误差,全球范围内偏差的均方根误差均在1.5~2.5 TECu之间,南北半球高纬度地区在0.5~1.5 TECu之间,所有地区均优于5 TECu,整体精度与IGS,CODE以及ESA最终电离层TEC格网精度产品相当。     

不同分析中心电离层TEC产品精度评估

针对不同电离层产品精度存在差异的问题,对国际全球卫星导航系统（GNSS）服务员组织（IGS）、美国喷汽动力实验室（JPL）、欧洲定轨中心（CODE）、国际GNSS监测评估系统（iGMAS）、欧空局欧洲空间运行中心（ESOC）分析中心电离层产品进行精度评估,实验结果表明：在中国地区CODE和ESOG的中心电离层产品电离层格网数据（GIM）时间序列结果表现出高度的一致性;在欧洲地区CODE、ESOG和IGS中心电离层产品GIM的时间序列结果表现出高度的一致性;JPL中心电离层产品在中国地区、欧洲地区VTEC日平均值均最大;iGMAS中心电离层产品在中国地区、欧洲地区电离层VTEC日平均值均最小。IGS、JPL、CODE、i GMAS、ESOC分析中心电离层产品在中国地区VTEC的互差在3.6 TECU内,在欧洲地区VTEC的互差在3.2 TECU内,IGS、JPL、CODE、iGMAS、ESOC分析中心电离层产品在中国地区VTEC值相关系数均大于0.90,在欧洲地区相关系数均大于0.94,均表现出强相关性。     

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%。     

电离层局部格网降分辨率层析方法

网格划分是电离层层析的重要一环,也是影响层析精度的重要因素之一。然而,现有研究更多地关注如何通过反演算法及模型来提高精度,较少关注格网划分这一手段。本文拟从格网划分这一角度来对电离层层析方法进行优化。先利用若干试验研究了格网分辨率与层像精度的关系,然后在此结论基础上提出了一种通过降低非感兴趣区域格网分辨率来提高感兴趣区域层像精度的方法。为验证本文方法的可行性,分别开展了两个不同的层析试验。两个试验同时表明:相对于传统的格网划分方法,本文方法在均方根误差、平均绝对误差、68%及95%百分位、标准差等多个精度指标上均具有优势。根据本文试验,利用本文方法均方根误差及平均绝对误差可望分别减少15%至40%。     

Linux Shell在电离层TEC格网数据提取和分析中的应用

电离层延迟误差是卫星导航和定位中不可忽略的重要误差,全球电离层总电子含量(TEC)格网数据因其将全球按规则的经纬度格网化,并给出了相应格网点的电离层TEC值,从而为用户使用提供了极大的便利．本文基于Linux Shell脚本编写简单、快速和容易维护等优点,利用Shell脚本对电离层TEC格网数据进行提取和分析处理,主要包括全球和自定义区域电离层TEC数据提取、均值计算、格网经纬度互差计算、最值提取等应用,可为基于全球电离层格网(GIM)数据对全球或区域电离层TEC周年变化、季节变化、周日变化规律以及时空变化特性等相关规律的分析研究提供一定的参考.      

地方时的全球电离层格网精度评价

针对IGS发布的电离层格网产品的精度(均方根)在不同区域受太阳辐射影响不同的问题,该文提出基于地方时的全球电离层格网精度分析,通过地方时能较好地分析近似太阳辐射条件下的电离层精度。研究结果显示,电离层精度明显受地面基准站分布疏密的影响,基准站密集区域均方根随太阳辐射变化的波动较小,并且在太阳辐射较高时也能很好地保证电离层产品的精度;而基准站稀疏的区域均方根随太阳活动的影响较大,电离层精度较差。     

GNSS电离层TEC和闪烁接收机监测

GAMIT／GLOBK是全球应用最广泛的高精度GPS数据处理软件之一,不仅在高精度定位方面得到应用,而且在全球地壳板块运动监测、电离层监测和GPS气象学等领域也得到广泛应用。本文介绍了在Windows7系统下实现Ubunru Kylin16.04桌面版系统的安装,并在Ubuntu Kylin系统平台下安装、更新最新版GAMIT／GLOBK10.60,并利用中国及其周边IGS站观测数据进行基线解算和网平差,验证了软件安装的正确性。      

多GNSS监测下中国区域电离层格网模型可用性分析

多系统全球卫星导航系统(GNSS)的出现为天基增强系统(SBAS)电离层格网模型的性能提升提供了可能,但多系统GNSS测量对电离层格网模型性能提升是有条件的. 为此,利用中国区域GPS观测模拟分析了多系统GNSS测量对中国区域电离层格网模型可用性的影响. 结果表明:多系统GNSS测量可有效提高电离层格网模型的覆盖范围. 中国南方地区存在低纬赤道电离异常(EIA)现象,严重影响SBAS电离层格网模型实现性能,单纯增加GNSS测量不能有效应对低纬电离异常现象影响. 中国北方地区电离层延迟变化平缓,在多系统GNSS测量情况下可以考虑减少地面监测站数量,仍能保持系统原有性能.      

全球电离层TEC格网时空变化特性分析

卫星导航定位中,电离层延迟是影响用户实时定位精度的重要因素之一。利用全球电离层格网(global ionosphere maps,GIM)提供电离层延迟改正是较为常用的方法,而GIM格网的精度受限于地面GNSS(global navigation satellite system)跟踪站的分布密度。利用区域内少量或1个GNSS跟踪站建立实时区域电离层总电子含量(total electron content,TEC)模型,生成高精度的实时区域电离层格网,为用户提供区域电离层延迟改正显得尤为重要。基于CODE(Center for Orbit Determination in Europe)分析中心2016—2018年995 d的GIM格网数据,分析了相邻格网点TEC的变化范围以及不同时间间隔同一格网点TEC的变化范围。结果表明,GIM在经度方向上分辨率为5°变化的均值范围为0.2～1.0 TECU,在纬度方向上分辨率为2.5°变化的均值范围为0.4～1.4 TECU,在经度和纬度分辨率均小于1°时,电离层TEC的变化小于1.0 TECU;1 h内同一格网点电离层TEC的变化均值约为1.28 TECU,30 min内同一格网点电离层TEC的变化小于1.0 TECU。该研究为小范围内(半径小于100 km)实时区域电离层TEC模型的建立及电离层格网的时间适用范围提供了有效的数据支撑和理论验证,同时对区域电离层TEC时空变化的研究、电离层TEC预报、电离层异常监测和磁暴监测等具有一定的参考意义。     

改进的方差分析在电离层TEC短期预报中的应用

本文在研究了目前存在方法的基础上,将数理统计中的方差分析周期叠加外推法应用于电离层短期预报,并对其作了改进.采用IGS提供的电离层TEC数据作为原始数据比较了该方法改进前后的预报精度,分别利用中国区域内不同地理位置的40天的数据进行分析预报,预报结果显示改进后的方法预报精度可达到1.1TECU左右,优于改进前.改进后的预报效果依然与经纬度有关,在中国区域内随着纬度的减小、经度的增加,预报精度会降低.通过与目前常用方法比较分析,该方法预报结果精度较高、所需计算参数少、简单易行,可以较好地应用于电离层短期预报.     

基于GNSS的电离层模型研究进展

在利用全球导航卫星系统GNSS进行精密定位和导航时,电离层延迟误差是影响其精度和准确度的主要误差源之一,故对电离层模型研究至关重要。本文将电离层模型分成了经典电离层模型和现代电离层模型,并对经典电离层模型进行了比较,重点介绍了目前全世界电离层模型的研究热点、存在问题及研究方向。     

北斗三号全球导航卫星系统全球广播电离层延迟修正模型(BDGIM)应用性能评估

2020年6月23日,我国北斗三号全球导航卫星系统正式完成星座全球组网.北斗三号全球导航卫星系统采用新一代全球广播电离层延迟修正模型(BDGIM),为用户提供电离层延迟改正服务.本文利用高精度全球电离层格网(GIM)以及实测BDS/GPS数据提供的电离层TEC作为参考,从延迟改正精度及北斗单频伪距单点定位应用、模型系数...     

层析模型在GNSS探测电离层中的研究进展

在利用全球导航卫星系统GNSS(GPS、GLONASS、Galileo等卫星定位系统)进行精密定位和导航时,电离层延迟误差是影响其精度和准确度的主要误差源之一,故对电离层模型研究至关重要。本文介绍了传统电离层模型的缺点,重点阐述了不同的电离层层析方法,同时分析了现在电离层层析方法所存在的主要问题,最后介绍了目前全世界电离层层析模型的研究展望。     

Contribution of ionospheric irregularities to the error of dual-frequency GNSS positioning

This paper investigates the third-order residual range error in the dual-frequency correction of ionospheric effects on satellite navigation. We solve the two-point trajectory problem using the perturbation method to derive second-approximation formulas for the phase path of the wave propagating through an inhomogeneous ionosphere. It is shown that these formulas are consistent with the results derived from applying perturbation theory directly to the eikonal equation. The resulting expression for the phase path is used in calculating the residual range error of dual-frequency global positioning system (GPS) observations, in view of second- and third-order terms. The third-order correction includes not only the quadratic correction of the refractive index but also the correction for ray bending in an inhomogeneous ionosphere. Our calculations took into consideration that the ionosphere has regular large-scale irregularities, as well as smaller-scale random irregularities. Numerical examples show that geomagnetic field effects, which constitute a second-order correction, typically exceed the effects of the quadratic correction and the regular ionospheric inhomogeneity. The contribution from random irregularities can compare with or exceed that made by the second-order correction. Therefore, random ionospheric irregularities can make a significant (sometimes dominant) contribution to the residual range error.     

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。     

全球格网系统的元数据管理模型

空间元数据管理技术是海量空间数据组织和管理的关键技术之一,是全球格网系统中实现地理数据有效组织和快速搜索的主要解决途径之一,与空间数据的共享与分发关系十分密切。从全球格网系统角度出发,对空间元数据的定义、内容、理论体系等方面进行了较为详细的阐述,并根据球面剖分的特点,对元数据管理模型及其解决方案进行了深入研究,为海量数据的组织和分发提供行之有效的管理方法。     

BDS空间信号监测精度分析

为了验证BDS空间信号精度,借鉴Galileo空间信号监测精度SISMA的原理,采用亚太区域仿真的测站数据评估BDS空间信号性能。分析结果表明,利用亚太局域完好性监测网络对经过亚太上空的BDS在轨健康卫星的SISMA监测结果,满足生命安全服务SOL(Safety-Of-Life)要求,可信度为100%(除C12是97.92%以外)。     

GNSS高程拟合信息和点位环境可视化系统

介绍了基于百度地图的全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)高程拟合信息和点位环境可视化系统的结构和功能。通过工程案例对系统进行了测试,结果表明,系统通过基于百度地图的点位环境可视化功能,能够有效判断点位周边环境,选择观测环境更好的点位作为控制点构建拟合模型,实现了GNSS大地高到正常高转换,提高了GNSS高程拟合精度。