两种GPS测定电离层电子密度模型的探讨

详细推导出利用GPS双频码距及载波相位观测值进行电离层子密度求定的Klobuchar模型以及Georgiadou模型,给出了求定这两种模型参数的数学表达,从理论上指出该两种模型适合单历元解算的基本条件,通过实例进行了两种模型的电离层修正误差与误差频率的分析和比较。结果表明,与Klobuchar模型相比,Georgiadou模型具有表达形式简单,对模型参数的初值精度要求较低,数据利用率较高,参数估计精度较高等优点。     

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。     

TEC浓度误差变化分析

电离层是大气层中的重要组成部分,但也是GPS测量误差中重要的影响因素,本文通过对电离层浓度分布研究,分析得出电离层的季节变化和在不同区域的变化趋势。     

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。     

电离层扰动对局域增强系统的影响分析

卫星导航局域增强系统采用差分技术实现高精度定位能力。电离层扰动现象将对局域增强系统产生严重影响。电离层暴降低了电离层延迟空间相关性,进而影响差分定位的精度;电离层闪烁引起卫星信号质量和测量质量的降低,同时伴随闪烁产生的电离层电子密度不均匀体也会降低电离层延迟的空间相关性,影响差分定位精度。电离层扰动对局域增强系统的影响应通过接收机设计、增强系统设计、完好性实现方法等多方面的改进加以应对。     

GPS现代化后电离层折射误差高阶项的三频改正方法

研究了电离层对GPS观测信号的主要影响及电离层折射误差模型,总结了电离层双频改正模型。针对GPS现代化中增加的第三频率,系统推导了三个频率的电离层改正模型及相位观测值无电离层组合(LC组合)模型。该模型将电离层折射误差模型改正至二阶项,可进一步提高GPS定位精度,同时,为GPS定位中其他误差的改正及分离、周跳的探测等提供了有力的技术手段。     

利用全球电离层模型改进单频测量定位精神

CODE分析中心提供全球每日GPS电离层实测模型，与传统的经验电离层模型相比，CODE的模型能够较准确地描述影响电磁波传播的电子密度分布状况。目前，CODE电离层模型主要用于Bernese软件处理GPS数据时周跳剔除及模糊度确定方面，在春中作为一种对实测量的约束条件来使用。全球电离层模型能否以更通用的方法直接在单位频测量数据处理中使用是一个有待于研究的问题。本文初步探讨了全球电离层模型用于单频测量数据处理的几个途径，并做了初步分析比较。结果表明，全球电离层模型可改善单频机定位精度。     

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GPS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,GPS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GPS的误差保持在4TECU(1TECU=1016 m-2)之内,北斗的误差保持在5TECU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。     

2010-08-01太阳风暴对电离层及GPS测量的影响分析

利用GPS电离层探测技术分析了2010-08-01太阳风暴对全球电离层VTEC造成的扰动异常影响。受朝向地球的日冕物质抛射影响,08-03首先对北美地区电离层VTEC产生扰动异常,最大值达到15TECu。由于地球自转,发生电离层VTEC异常集中的区域会随太阳直射点向西移动,一般发生于其所在区域的地方时13:00～17:00。另外,还分析了此次太阳风暴对GPS观测数据质量及电离层高阶项误差的影响。结果表明,此次太阳风暴期间,GPS观测数据质量并未受到明显的影响,但使得L1、L2载波的电离层高阶项误差增大,误差影响达到cm级。     

GPS电离层掩星数据分析汶川大地震电离层响应

利用COSMIC和CHAMP掩星的电离层掩星资料研究汶川大地震引起的电离层响应。选取了2008年4月30日到5月18日共19天的北纬20°到40°,东经80°到120°的共309个掩星数据进行分析。采用人工神经网络插值技术,分析震中附近上空电离层F2区的临界频率的日变化。结果表明：震前6天电离层F2区的临界频率和电子密度的峰值高度开始明显下降,在震前的三天内其值达到最小。震后他它们的值开始逐步回升。     

中国区域电离层相关结构对卫星增强系统的影响

利用GPS测量数据对中国低纬区域的电离层相关结构特性进行了分析研究,并进一步和美国区域的数据处理结果进行了比较。结果表明：中国低纬地区存在的电离层异常是影响卫星增强系统中电离层延迟误差修正及完好性实现的重要因素,并且即使在低年,电离层异常的这种影响也存在。     

Galileo电离层折射误差高阶项的四频改正方法

研究了电离层对Galileo观测信号的主要影响及电离层折射误差模型。针对Galileo中的四个频率,系统推导了四个频率的电离层改正模型及相位观测值无电离层组合(LC组合)模型。该模型将电离层折射误差模型改正至三阶项,可进一步提高Galileo定位精度,同时,为Galileo定位提供了有力的技术手段。     

浅析WAAS电离层延迟网格修正算法

阐述了广域增强系统电离层延迟网格修正算法流程、思路及特点,希望能给相关研究者提供参考.     

Galileo改正电离层折射误差高阶项的方法

在研究电离层折射对Galileo测量的影响及电离层折射误差模型的基础上,针对Galileo系统中的4个频率,提出运用四频观测值将电离层折射误差改正至三阶项的方法,并推导了四频载波相位观测值无电离层折射组合方程,从而进一步提高了Galileo的定位精度。     

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。     

iGMAS全球电离层TEC格网产品精度分析

为了分析与评估国际GNSS监测评估系统(iGMAS)全球电离层TEC格网产品精度,该文基于iGMAS及IGS各电离层分析中心发布的全球电离层TEC格网产品,进行了精度比较分析,结果表明:iGMAS与IGS、CODE、JPL、ESOC、UPC等IGS电离层工作组发布的全球电离层TEC格网产品,在全球、不同纬度带和欧洲等不同区域均表现出较高的一致性和强相关性,互差为0~2.0 TECU;JPL分析中心GIM的内符合精度约为2.5 TECU,iGMAS、IGS、CODE、ESOC和UPC等分析中心GIM的内符合精度均小于1.5 TECU;在2~8 TECU的精度范围内,iGMAS全球电离层TEC格网产品的精度总体与IGS、CODE、JPL、ESOC、UPC等IGS电离层工作组的精度相当。     

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%。     

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。     

我国广域增强系统的基准站布局及数量分析

广域增强系统可以提高GPS系统的导航和定位精度,满足不同用户的需求,其基准站的布局和数量对提高系统的性能和实施有着重要的意义。通过对基准站上空的格网内的电离层穿透点个数进行统计分析,讨论了我国广域增强系统基准站的布局与数量问题。