鞍山区域电离层模型构建及GNSS应用研究

针对电离层延迟误差目前是GNSS导航定位精度最重要误差源的现状,通过GNSS参考站或跟踪站实测数据计算电子总含量值,建立区域电离层模型,监测区域电离层变化,进而找到削弱或消除电离层延迟误差影响方法。利用曲面拟合实现建模,在模型的建立过程中通过对不同的模型阶数进行设置,对比不同情况下的模型精度,从而确定特定区域内最佳数据采样间隔及阶数设置,并在最佳阶数设置情况下,比较了预报不同时段的精度,进而对延迟量预报问题进行探讨,得出一些有益结论。可以通过该模型单独解算流动站站点的实时电离层延迟信息,这对多基站CORS的站间距离选择和单基站CORS基准站和流动站之间距离设计,尤其对提高单频接收机以及GIS产品用户的定位精度和差分模型的覆盖范围都具有实际参考意义。     

基于非组合精密单点定位的区域电离层建模

电离层是地球空间的重要组成部分,电离层延迟是全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)数据处理的重要误差源,电离层的影响主要表现为地面站接收到的卫星载波和伪距信号的附加时延效应,最大可达几十米,精确的电离层模型可以有效提高GNSS单频数据处理的精度。利用GNSS观测值研究电离层,一般采用无几何距离组合的码和相位观测值,使用相位平滑伪距方法得到平滑电离层观测值,但是该方法容易受到伪距多路径和观测噪声的影响,导致电离层估计不准确。因此,先基于非组合精密单点定位(precise point positioning,PPP)提取电离层,利用国际GNSS服务的轨道、钟差等产品,有效减少待估参数个数,提高电离层延迟的估计精度;再使用纬度差和太阳时角差的多项式拟合进行区域电离层建模。利用某省连续运行参考站系统数据提取了天顶方向总电子含量信息进行建模,与PPP解算结果进行比较,在测站天顶方向上的模型值和解算值差异较小(除个别卫星外),可达到2 TECU左右。     

基于海面环境多路径效应建模初探

在海洋测绘中,GNSS定位精度不可避免地要受到多路径效应的影响。本文遵循多路径效应建模的一般原则,对海面环境多路径效应建模进行了初步探讨,模拟了平静湖面和动态海面环境下多路径效应产生的过程,根据各参数的几何关系推导出了多路径效应产生的位置以及信号延迟距离。并通过模拟数据对海面动态环境下多路径效应产生的位置进行了计算,以验证所推公式的有效性。     

利用单基准站改正信息和电离层参数估计的单频PPP算法

利用单个基准站提供的改正信息对流动站的单频观测值数据进行改正,同时引入电离层参数进行实时电离层延迟估计,进行单频精密单点定位（PPP）计算。相比传统的单频PPP方法,本文方法对单频PPP的收敛速度和定位精度都有很大的提高,定位精度优于2cm,且受基准站距离的影响较小。     

常用电离层延迟改正模型的对比研究

电离层模型能有效改正GNSS导航定位中的电离层延迟,通过消除电磁波信号穿过该区域时传播速度和传播路径变化的影响,从而提高接收机的导航定位精度。据此,分析了几种常用电离层模型的使用特点和改正精度,并利用中国区域内2个IGS站多天GPS实测数据,研究分析了常用电离层模型在GNSS导航定位中的改正效果,为有不同需求的用户选择合适的电离层模型并修正电离层延迟提供了参考性建议。     

电离层闪烁对GNSS接收机性能影响比较分析

电离层闪烁是引起GNSS接收机性能降低甚至失锁的重要环境干扰因素。利用实测数据,比较分析了不同电离层闪烁活动强度下,不同GNSS系统（BD和GPS）接收机的定位性能。结果表明：电离层闪烁较弱时（S4〈0．3）,两种接收机均可以实现基本的定位功能;电离层闪烁较强（S4〉0.7）,且持续时间较长时,不同GNSS接收机将出现定位结果的抖动、跳变或失去定位能力;GNSS接收机应对电离层闪烁影响的能力与接收机设计相关。研究结果可作为抗闪烁接收机开发或闪烁影响分级的参考。     

实时周跳探测与修复的TurboEdit历元差优化算法

为了解决电离层扰动和低高度角下非差数据的实时周跳探测与修复问题,提出了一种基于TurboEdit历元差模型的优化算法。首先在无几何距离组合历元差中加入滑动多项式拟合法提取电离层延迟与多路径效应误差的趋势项,通过选择合适的阈值,增强对小周跳的探测能力;然后针对历元差模型无法区别周跳与粗差的问题,引入统计诊断中的Score检验量并构建了基于Score检验的周跳与粗差分离模型,避免了粗差引起的周跳误探现象;最后在成功探测出周跳后,使用探测量最小1范数准则来选取正确的周跳修复值。采用国际GNSS服务站GPS非差数据对所提算法进行验证,实验结果表明,该优化算法能够有效抑制低高度角时的多路径效应和电离层延迟误差,实时剔除粗差并准确修复周跳,对小周跳具有较高的探测灵敏度与较低的误判率。     

极区北斗卫星数据质量特征分析

为明确极区环境对北斗卫星数据质量和卫星导航定位服务的影响,本文利用极区所有IGS站可用的北斗卫星观测数据和中山站实测数据,结合信噪比、多路径误差和电离层延迟变化率等评价指标,全面分析了北斗卫星导航系统在极区的数据质量特征。结果表明:极地测站的北斗卫星观测数据质量受高度角影响更大;信噪比整体水平相对于低纬测站低,北斗卫星的信噪比水平与GPS相当;多路径效应更加严重,需在数据预处理中予以考虑;极地测站数据受电离层活动的影响大且存在时段差异。     

顾及高阶电离层延迟的BDS-3/GPS长基线网解精度分析

为了减弱BDS-3/GPS基准站数据处理中电离层延迟的影响,从而提高基准站坐标解算精度,采用BDS-3/GPS双频载波无电离层线性组合消除电离层延迟一阶项的影响,并引入全球垂直总电子含量VTEC文件削弱电离层延迟高阶项的影响.通过设计对比实验对24个MGEX基准站进行解算,分析了BDS-3和GPS解算过程中电离层延迟高...     

基于GPS双频原始观测值的精密单点定位算法及应用

本文提出一种基于GPS双频原始观测值的PPP算法,与基于消电离层组合观测值的传统PPP算法不同,新算法通过参数化站星视线方向的电离层延迟以消除其对PPP估值的不利影响;该新算法可以有效避免观测值组合过程所引起的观测数据噪声以及多路径效应被放大的不利影响;同时在利用扩展卡尔曼滤波模型进行未知参数的递归估计过程中,通过对大气延迟参数引入符合实际的约束,可以加快滤波收敛,提高参数估值的可靠性;视线方向电离层延迟可与其他未知参数同时估计得到,进而便于利用PPP技术进行精密电离层研究;此外,对于可能的模型误差（如码观测值粗差、相位观测值周跳等）,基于DIA的质量控制策略以消除或削弱其对参数估值的不利影响。利用实测数据对新算法在静态、低动态以及高动态定位应用方面的精度进行检验,结果表明,静、动态定位结果的外符合精度可分别达到1~2 cm和7~8 cm,验证了新算法的可行性和有效性。     

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。     

基于球谐函数模型的GPS差分码延迟估计

电离层延迟是GNSS观测值中最大的误差源,因此如何利用GNSS观测值确定高精度电离层模型逐渐成为实时导航、定位及大气相关研究的重要内容。在通常采用组合观测值建立模型的方法中,精确估计电离层总电子含量（TEC）的重要误差之一是差分码硬件延迟（DCBs）。为了实时得到P1、P2、C2相互间硬件差分码延迟偏差,本文采用IGS跟踪站的观测数据并利用载波平滑后的差分伪距建立观测方程,对卫星和接收机硬件差分码延迟偏差进行实时解算。经比较模型解算DCB值与IGS最大差异不超过0.8 ns,C1、P1码延迟偏差72%差异值小于0.3 ns,P1、P2的74%差异值小于0.3 ns。     

几种电离层模型对单频单点定位的影响分析

针对实时GNSS单频定位中电离层延迟改正问题,本文采用可用于实时GNSS单频定位的几种电离层模型对电离层延迟进行改正并分析其对GNSS单频单点定位性能的影响。其中,对单频SPP的电离层延迟采用模型直接进行改正,采用Klobuchar模型、CODE的预报产品c1pg、原国家测绘地理信息局的实时球谐电离层产品cosong和CODE事后产品codg计算的电离层精度依次提高;采用不同电离层模型作为电离层估计的先验约束进行单频PPP定位。结果表明:采用精度较好的电离层产品作为先验约束可加快单频PPP收敛。     

高阶电离层延迟对不同区域测站坐标的影响

针对如何有效控制、改正甚至消除不同区域与时段的电离层高阶项延迟对全球导航卫星系统定位结果产生的影响,该文选取了不同区域内有代表性的IGS基准站1999—2003年的观测数据进行解算,并详细分析了各测站坐标受高阶电离层延迟影响的规律。在此基础上,总结出测站的高阶项改正与测站区域地理位置的关系,并探究产生这种影响的原因。最后从全球的角度研究了电离层高阶项改正对基准站坐标的影响。结果表明,要获得高精度的定位结果,需要顾及高阶电离层延迟的影响,尤其是在赤道以及地球两极区域的精密定位,此外,需要顾及电离层变化活跃期的影响。     

非差非组合精密单点定位提取区域电离层延迟及精度评定

电离层延迟是GNSS定位中最难处理,也是很重要的的误差来源之一,目前常用线性组合的方式处理电离层延迟,这些方法都会引入多余噪声,在不同程度上影响了模糊度的整数特性,同时也造成了某些有用数据丢失。本文提出了一种基于非差非组合精密单点定位的方式提取区域参考站电离层延迟的方法,再将提取得到的区域电离层延迟内插至仿用户站,在仿用户站实施单频PPP,最后检验得到定位的精度。实验结果表明:仿用户站单频PPP的定位精度平面方向约为4—5 cm,在高程方向低于1 dm,与全球电离层格网模型和半和改正等模型相比,采用非差非组合的方法提取电离层延迟后的定位精度更高。     

GNSS全自动解算软件研发及精度评估

根据载波相位差分定位技术,利用待定点周边稳定的CORS站网形成的区域误差改正模型,对待定控制点观测数据的噪声进行自动剔除,对电离层、对流层和多路径进行差分改正,研发GNSS全自动解算软件,并利用广西卫星定位基准站与待定控制点的GNSS观测数据对软件进行测试。结果表明,GNSS全自动解算软件具有较好的内外符合精度,其解算的三维坐标精度满足D级以下等级控制点的要求,可为工程测量应用提供新的自动化解算方案。     

非差虚拟观测值的网络RTK实现

网络RTK是利用多基准站观测值实现流动站附近的误差建模,其中包括对流层、电离层延迟和卫星轨道等误差。讨论了利用VRS技术实现网络RTK中的几个关键技术,包括将多基准站插值所得的双差大气延迟添加到非差模式的VRS观测值中,利用IGS的超快速星历中的预报部分改正广播星历误差和利用恒星日滤波改正VRS的伪距多路径效应。24 ...     

城市典型环境下单频导航型GNSS接收机多路径误差特性分析

在高大建筑物、树木遮挡等城市复杂环境中,多路径误差和纯反射(NLOS)信号误差难以准确建模,严重影响行人GNSS导航定位的精度和可用性。本文首先对比分析了多路径延迟和纯反射信号延迟的误差特性,然后利用双差观测方程提取多路径和NLOS延迟误差,分析了两种延迟误差对伪距、载波相位和多普勒观测值的影响。通过UBLOX-NEO-M8T单频导航型接收机在建筑物附近和树木遮挡两种观测环境下的实测数据处理与分析,结果表明:载噪比(C/N0)较小时多普勒噪声明显变大。对于M8T导航型接收机,多路径影响严重的环境下C/N0低于30 d BHz,多普勒噪声变大。而NLOS影响严重的环境下多普勒噪声与C/N0之间关系不明显,在较大的C/N0,多普勒噪声仍然很大;在树木遮挡时,主要受多路径效应的影响,引起伪距的误差量级在10~150 m之间,对相位和多普勒的影响不明显;在高楼遮挡时,会出现NLOS信号干扰,对伪距和载波相位观测值的影响相同,延迟量大小与反射点的距离有关,可达到几百米,对多普勒观测值也有明显影响。     

TEQC结合RTKLIB软件在变形监测数据预处理中的应用

针对黔南州境内某拟建水利工程坝址选址处左岸滑坡体GNSS监测数据,应用TEQC结合RTKLIB软件对GNSS数据进行数据质量检核,对其电离层延迟误差、多路径效应、观测数据与周跳比、数据利用率与信噪比进行了分析,并将结果可视化,所得结果可为监测数据的后处理提供可靠依据.     

顾及大气延迟误差的中长基线RTK算法

针对常规RTK作业距离一般不超过15km的问题,提出了一种顾及大气延迟误差的中长基线RTK的算法,突破了常规RTK作业距离。在中长基线情况下,与大气延迟有关的误差如电离层延迟误差、对流层延迟误差等,随着基线长度的增加,空间相关性大大降低,进而影响整周模糊度的快速解算。基于卡尔曼滤波算法,采用非组合差分定位模型,对于电离层延迟误差采用了电离层加权模型进行估计,对于对流层延迟分别采用了相对对流层延迟参数估计和绝对天顶对流层参数估计。最终通过实测数据对该算法进行了算法验证和结果分析。试验结果表明:该算法可以实现中长基线RTK的快速解算,并且在估计相对对流层延迟时,绝对天顶对流层参数估计不利于基准站和流动站的对流层延迟分离,一般采用估计流动站上的相对对流层延迟。