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。     

一种基于卫星穿刺点位置的区域电离层增强方法

提出了一种基于卫星穿刺点位置的区域电离层增强方法,采用非差非组合精密单点定位模型提取得到测站上空各个卫星斜向的电离层延迟值,结合IGS发布的DCB文件,考虑电离层延迟薄层假设理论,利用穿刺点空间三维坐标进行区域内插。试验结果表明,本方法能利用较为稀疏的参考站点进行区域建模,能为流动站提供与实际值偏差0.1 m以内的电离层延迟先验值;同时,流动站利用电离层增强信息,在保证定位结果精度的同时,相较于非差非组合模型,N、E、U 3个方向收敛到10 cm以内的时间均在30 min内,提升50%以上。     

GEO卫星区域电离层监测分析

由于GEO卫星的静地特性,由双频观测数据获取的穿刺点垂直总电子含量(VTEC)可以充分反映电离层的时域变化,而根据地面监测站的分布,可以进一步获取VTEC的空域变化.分析根据区域卫星导航系统观测数据计算VTEC的精度,理论分析表明VTEC精度优于2 TECU.根据实测数据计算分析我国高、中、低纬度不同穿刺点电离层平时、磁暴期间的周日变化特性和2011年全年变化特性,并与IGS全球电离层图(GIM)的穿刺点插值结果进行分析比较.结果表明,两者在电离层周日和全年变化趋势上具有很好的一致性,但磁暴期间我国低纬度地区GIM误差的峰值可达29TECU,2011年全年评估结果GIM误差标准差为2～8 TECU.根据2011年的观测结果,电离层VTEC呈现出明显的半年异常现象.区域卫星导航系统为我国的电离层监测尤其是空间天气期间的电离层监测提供了新的支持.     

联合GNSS/LEO卫星观测数据的区域电离层建模与精度评估

高精度的电离层模型对于提高导航卫星系统的定位精度具有重要意义.低轨卫星的快速发展为建立高精度的电离层模型提供了新的契机.基于仿真数据模拟获得2017年1月1日-30日LEO (low earth orbit)和GNSS(global navigation satellite system)卫星观测数据,星座类型包括60...     

基于电离层线状变化特征的电离层建模方法

电离层变化主要受太阳活动和地磁活动的影响,研究发现受到地磁场作用,电离层内部电子在特定线状特征上的变化具备一定规律性,如经度方向的规律性强于纬度方向。基于此,提出了一种基于电离层线状变化特征的建模方法,选择具备特定地理位置约束（经线方向、纬线方向、磁力线方向）的站点,引入电离层高阶梯度变化,估计待求点电离层电子含量信息。实验结果表明,在DOY172地方时14时,地磁经度带和地理经度带的误差均值和标准差最优结果比地理纬度带的结果分别减小了72%、62%。从2014年整年来看,线性建模误差均值和标准差最优结果比面状建模误差均值和标准差分别减小了82%、49%。     

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。     

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。     

两种电离层模型对卫星导航定位精度的影响分析

北斗卫星导航系统及全球定位系统等全球卫星导航系统电磁波信号在大气中传播会受到电离层延迟的影响,为满足导航用户需求,我国北斗卫星导航系统和美国全球定位系统均采用Klobuchar 8参数模型进行电离层延迟改正。但是全球定位系统Klobuchar模型和北斗卫星导航系统Klobuchar模型的电离层参数并不相同,分析不同导航系统发布的电离层参数精度对这两种双模导航定位中电离层参数的选择具有重要的研究意义。分别采用北斗卫星导航系统和全球定位系统电离层模型进行伪距单点定位,通过比较最终的定位精度从而对这两种不同模型在全球范围内的改正精度进行评价。研究结果表明:在中国区域内,采用北斗卫星导航系统模型的伪距单点定位精度较全球定位系统模型有较大提高;采用北斗卫星导航系统电离层参数更利于中国区域的全球卫星导航系统的导航定位。     

一种海量卫星导航轨迹点地图匹配方法

为了实现短时且精确的路况预测,通常需要海量采集卫星导航轨迹点,这使得基于传统文件/数据库系统的地图匹配方法无法满足复杂的实时分析要求。针对以上问题,本文提出的地图匹配方法,充分利用了NoSQL数据库的大数据存储、分布式计算等特点来对海量轨迹点进行匹配和存储,并将该方法应用在对深圳市交管部门浮动车卫星导航数据的分析,结果证明该方法具有有效性和精确性。     

利用投影轨迹的卫星影像近似核线重排快速算法

针对卫星影像核线的几何特性,采用线性模型简化表示每对同名核曲线,提出了一种实用的近似核线重排快速算法,并对多种地形条件的卫星立体影像进行实验。结果表明,在影像定向参数精度较高的情况下,该算法能够生成子像素级上下视差的核线影像,且具有简单、实用性强等特点。     

卫星测高资料的电离层延迟改正交叉检验与误差分析

对单频和双频卫星测高电离层改正进行了分析和比较。以Topex卫星双频电离层改正噪声影响为例,采用沿轨高斯低通滤波后,其交叉点不符值RMS可减小5.7～7.3mm。将平滑后的双频Topex电离层改正与DORIS模型、新发展的IRI2007同化模型和根据全球连续GPS跟踪站实测数据建立的GIM模型进行了交叉比较,结果表明,根据实测数据建立的DORIS和GIM模型精度高于IRI2007模型;与上述3个模型的差值统计结果还显示了平滑后的Topex双频电离层改正存在的10～15mm的系统偏差。     

北斗卫星导航系统Klobuchar模型精度评估

目的 目前,我国北斗卫星导航系统已完成星座区域组网,系统每2h提供一组电离层延迟 Klobuchar模型参数。利用欧洲定轨中心(CODE)的高精度电离层格网数据作为参考,对北斗卫星导航系统电离层参数性能进行了精度评估分析,并进行了定位分析。数据表明,其修正精度一般在70%以上,北半球的修正误差在1.5m 左右,而南半球的修正误差在3.5m 左右;在北半球中纬度地区的修正精度比高纬度、低纬度地区高;北斗单频伪距定位采用北斗 Klobuchar模型在平面上的精度为3m 左右,高程上为7m 左右,与采用 GPS的 Klo-buchar模型相比较,定位精度提高了约10%,高程方向尤为明显。     

VLBI观测的电离层延迟改正模型研究

电离层是大气层中的一个电离区域，高度范围大约在60－1000km。电磁波信号穿越电离层时其传播速度会发生变化，传播路径也会略微发生弯曲，从而使信号的传播时间乘以在真空中的光速不等于信号源至测站的几何距离。对VLBI观测来讲，电离层引起的差异可达近百米百米。文中从电磁波的传播原理出发，讨论了信号传播速度和传播路径变化引起的VLBI观测延迟；对目前采用的各种电离层延迟模型进行了分析总结；并指出单频率VLBI观测应顾及高阶项和路径弯曲的影响或使用区域性电离层延迟改正模型。     

局部电离层异常对局域增强系统的影响及其监测方法

传统的局域增强系统认为影响用户和基准站伪距的观测误差是基本相同的,因而可通过伪距差分技术将这部分误差消除,但为发生电离层风暴时,叠加在基准站和用户伪距上的电离层延迟误差将会不同,因此会影响定位结果。本文利用CCDMA算法和DSCMA算法对电离层异常进行探测,并对伪距差分技术进行改进。仿真结果显示,这种方法可有效减小局部电离层异常对CATⅢ飞行阶段的威胁。     

LEO卫星单频精密定轨电离层模型改进算法

电离层延迟的有效改正是LEO卫星单频精密定轨的关键所在。目前主要采用电离层比例因子法进行LEO卫星电离层延迟改正,但该方法在电子密度峰值高度确定时未考虑太阳活动、经纬度、昼夜变化、季节等因素的影响。IRI2012模型虽然考虑了上述因素对电子密度峰值高度的影响,但因其与电离层薄层高度选择的标准不一致,通常它们之间存在系统性偏差而无法直接使用。为此本文提出将电离层薄层高度作为约束条件对IRI2012模型确定的电子密度峰值高度的均值进行参数约束估计,得到一种改进的电离层模型算法,并利用Swarm卫星GPS观测数据对其进行验证。结果表明:改进的电离层模型对Swarm卫星径向、切向和法向定轨精度均有不同程度的提高,尤其对轨道径向和法向精度改善最为明显,分别提高了31.6%和32.0%;同时较大幅度地降低了轨道的系统性偏差,尤其是在径向和法向,分别平均降低了65.0%和54.7%。     

附有国际参考电离层约束的全球电离层模型

提出利用国际参考电离层附加虚拟观测值对总电子含量值为负数的地区、赤道异常区域和南半球区域电离层进行约束,在日固地磁参考系下采用15阶次的球谐展开建立全球电离层模型,解算得单位权中误差约为1. 6TECU,残差绝对值小于3TECU的比例达90%以上,且全球电离层图与IGS电离层工作组的电离层产品精度相当,偏差RMS约为3. 7 TECU,卫星差分码偏差与欧洲定轨中心相比优于0. 1 ns,与 IGS相比优于0. 2 ns,接收机差分码偏差与欧洲定轨中心相比优于1 ns(大部分优于0. 5 ns),与lGS相比优于1. 5 ns.实验结果表明,附有国际参考电离层约束的全球电离层模型确保了全球各个地区的电离层总电子含量为正值,且有效提高了全球电离层模型在赤道异常区域、海洋地区和南半球的精度。     

利用球冠谐分析方法和GPS数据建立中国区域电离层TEC模型

利用GPS实测资料建立了中国区域电离层TEC球冠谐分析模型(spherical cap harmonic analysis,SCHA),评估了该模型的精度和有效性。结果表明,该模型有较高的拟合精度,其拟合残差约为±3 TECU,且精度在时间和空间上分布较均匀。根据IGS分析中心发布的IONEX全球电离层数据(GIM),内插得到了区域内相应时段的平均电离层电子含量,并利用它对CSHA模型的零阶项系数~C0,0所表示的区域平均电离层电子含量进行了检核。结果表明,二者具有较高的一致性和相关性,其谱特征相关系数为0.993。由于SCHA模型较GIM模型利用了更多本区域的GPS观测数据,因此其拟合精度更高,拟合结果与实测数据更一致。对SCHA模型参数的时间序列进行谱分析,结果表明,该模型的模型系数较好地描述了区域电离层TEC的周期性变化特征。