卫星信号仿真电离层闪烁模型研究

电离层闪烁会导致地空无线电信号产生随机起伏,影响各种地空信息系统的工作性能.为了满足电离层闪烁影响效应评估的应用需求,建立了一个卫星信号电离层闪烁模型.该模型是在对闪烁信号衰落特性进行统计分析的基础上建立的,它将信道函数分为直接分量和随机多径成分两部分.模型可根据输入的电离层闪烁指数和去相关时间仿真出信号振幅和相位的变化,并可直接嵌入到各类卫星信号模拟器中,用于卫星导航、卫星通信等系统的衰落信道仿真.     

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。     

电离层闪烁对接收机的影响

导航信号经过电子密度不均匀的电离层时,信号的幅度和相位会产生快速随机起伏,即为电离层闪烁。电离层闪烁对接收机信号捕获跟踪以及解调定位都有一定的影响,本文采用理论和仿真的方法分析了电离层闪烁对I,Q支路以及跟踪环路的影响。结果表明:相位闪烁对信号I,Q支路均有影响,幅度闪烁对I支路的影响比较大,在相位闪烁比较强或者幅度闪烁比较强的区域,信号更难跟踪处理。弱闪烁时锁相环(PLL)的跟踪门限约29 dBHz,延迟锁定环路(DLL)的跟踪门限约为20.2 dBHz,强闪烁时PLL跟踪门限约为32 dBHz,DLL的跟踪门限约为22 dBHz。相比而言,载波跟踪环路更加脆弱。同时得到,闪烁越强,载波发生周跳的概率越大,载噪比越高,抗闪烁能力越强。      

电离层闪烁对全球导航卫星系统（GNSS）的定位影响分析

电离层闪烁是影响卫星导航系统定位性能的重要因素之一,中国南方区域是全球电离层闪烁多发区之一,开展电离层闪烁对卫星导航系统性能的影响研究具有重要意义。利用中国区域的电离层闪烁数据和GPS测量数据,对电离层闪烁情况下的用户定位性能进行了比较分析,发现电离层闪烁将引起用户定位误差的普遍增大,严重时可能出现定位异常,电离层闪烁对不同的定位应用方式具有不同程度的影响,电离层闪烁对卫星导航系统的多种影响是卫星导航系统的重要威胁之一。     

电离层闪烁对GNSS的影响

电离层闪烁是影响卫星导航系统定位性能的重要因素之一。电离层闪烁可造成GNSS载噪比降低,测量误差增大,载波周跳次数增多,电离层修正精度降低,定位用精度因子变大等影响。中国南方区域是全球电离层闪烁多发区之一,电离层闪烁影响的时空范围和程度较大,是我国卫星导航应用应关注的问题。针对电离层闪烁影响,提出了我国卫星导航系统应用中可行的针对性减缓措施。     

北斗卫星导航系统电离层模型应用评价

利用北斗接收机接收到的北斗系统K8电离层模型,与同时段欧洲定轨中心提供的电离层模型为基准进行对比,对北斗卫星导航系统在不同地区不同时段的改正效果进行分析;并以中纬度北京地区为例对不同电离层改正模型下的定位误差进行分析比较,从而对北斗系统K8电离层模型的改正效果进行评价。     

区域卫星导航系统无电离层组合定位精度分析

电离层折射误差是卫星导航系统定位的主要误差源之一。目前使用最广泛、最有效的电离层折射误差改正技术是双频技术。区域卫星导航系统具有3个频率的观测数据,可以形成多种消除电离层一阶项的观测组合以及消除电离层二阶项的观测数据。文中假设各个频率上的观测噪声相同,推导了B1/B2,B1/B3和B2/B3三种消电离层一阶项组合的表达式,其噪声放大因子分别为2.899,3.527和14.286;推导了B1/B2/B3消电离层一阶项且噪声最小组合的表达式,组合系数分别为6.179,-3.826和-1.000,该组合的噪声放大因子为2.865;推导了消除电离层二阶项组合的表达式,组合系数分别为-0.263,-0.749和1.000,该组合的噪声放大因子为35.748。利用实测的伪距数据对5种组合的定位误差进行了计算。定位结果表明,消电离层一阶项且噪声最小的定位精度最高;B1/B2,B1/B3和B2/B3组合定位精度依次降低;B1/B2/B3消电离层二阶项组合虽然消除了电离层二阶项,但噪声放大了35.748倍,因此其定位精度最差。     

多卫星导航系统电离层穿刺点分布的仿真分析

针对目前利用GNSS建立的电离层延迟模型无法满足实时、更高精度的导航定位需求的问题,该文基于STK及全国分布的27个地面站,仿真分析了COMPASS、GPS、GALILEO等全球卫星导航系统(GNSS)在中国区域电离层穿刺点分布情况。实验结果说明,单独采用GPS获得的穿刺点数目与GALILEO相当;单独采用COMPASS获得的穿刺点数目相对其他两个GNSS系统较多;而多GNSS系统组合可以明显提升穿刺点数目。此外,对于我国大部分区域而言,单独采用任何一种GNSS系统或多GNSS系统组合,都可保证大部分格网点周围穿刺点数目优于3个;但在我国西南部边缘地区,采用不同的系统组合,穿刺点数目差异较大。本文研究结果表明多GNSS系统组合可显著增加穿刺点数目,有利于提高电离层建模精度。     

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。     

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C}PB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,GPB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GPB的误差保持在4 TECU (1 TECU= 1016 m-2` ) 之内,北斗的误差保持在4 TECU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。     

基于GNSS的空管应用仿真及性能评估

提出了未来民用航空管理的发展方向一新航行系统,以及新航行系统的核心元素一卫星导航系统（GNSS）,通过数学仿真的手段将卫星导航系统模型化,阐述了评估卫星导航系统性能的方法。     

GNSS电离层延迟模型的数学统一与方法扩展

总结了当前广泛研究的利用GNSS观测数据建立电离层延迟模型的基本理论,并从数学上利用第一类算子方程统一现有的模型。着重分析了电离层VTEC的数学模拟和逼近方法,提出了建立模型的方法上的一系列扩展,从数学角度分析模型各种处理方式上的潜在问题,并给出了简单的单站模型计算实例,实证了理论的正确性。     

基于低成本GNSS接收机的多天线RTK定位研究

通过选取基准站模块、移动站模块和无线通信模块,设计了低成本GNSS接收机。针对单个接收机偶尔存在信号失锁无法得到固定解的情况,提出了多天线拟合圆的RTK定位方法。实际测试表明,低成本GNSS接收机能满足一般工程测量任务的精度需求,多天线RTK定位技术能有效提高解算结果的固定率。     

GNSS无线电掩星电离层反演技术现状与展望

回顾了GNSS无线电掩星电离层反演的不同方法和应用实例,并针对存在的问题和今后的研究方向进行了探讨和总结。     

地基GNSS全球电离层延迟建模

海量地基GPS双频观测为电离层延迟建模提供了高分辨率时空覆盖的数据源。尽管如此,穿刺点的数量及空间分布、观测精度影响着建模精度。GLONASS/GPS兼容接收机增加了可观测的卫星数,改善了穿刺点的几何分布。基于此,完整地给出了GLONASS/GPS联合全球电离层延迟建模的算法实现以及数据处理策略。实测数据表明,在当前IGS站网分布下,GLONASS数据改善了全球电离层延迟模型化效果;卫星的DCB稳定性优于接收机的DCB,但GLONASS卫星DCB稳定性差于GPS卫星。     

基于GAMP软件的GNSS精密单点定位研究

研究利用开源的GNSS数据处理软件GAMP进行精密单点定位解算,阐述了GAMP软件在精密单点定位中使用的数据预处理方法以及电离层、对流层、频间偏差等误差项的改正方法,设计了精密单点定位的解算策略并配置了相关的软件关键参数,对IGS跟踪站jfng站的实测数据进行了解算。结果表明,利用GAMP软件,利用适当的解算策略处理静态数据,约10 min可收敛至亚米级,3 h左右可收敛至厘米级,经过全天的解算其最终精度可达近毫米级。     

GNSS时差及其在多系统组合定位中的应用

随着卫星导航系统的发展及不断升级,越来越多的GNSS测站开始配备多模GNSS接收机。一方面,多模接收机的应用能够跟踪更多的GNSS卫星,从而改善观测几何条件,提高定位精度和可靠性;另一方面,不同GNSS导航系统采用不同的系统时间定义,存在着系统时差,从而多模GNSS接收机对于不同导航系统卫星的观测值存在着相应的偏差。为实现GNSS系统的兼容与互操作,各个GNSS导航系统目前都提出了系统时差监测的要求。基于此,研究GNSS系统时差的监测及其在多模定位中的应用。首先介绍目前导航系统时差监测的几种方法;然后分析GPS/GLONASS系统时差以及相对硬件延迟的特性;最后将GPS/GLONASS系统时差应用到多模用户导航定位,并详细讨论GPS/GLONASS时差及测站硬件延迟对导航定位的影响。