全球电离层模型的OpenMP多线程并行解算

探讨了OpenMP多线程技术在全球电离层建模中的应用。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,并对1天解、3天解两种方案的结果与IGS电离层产品进行了对比,电离层图偏差的均方根约3~5 TECU,且3天解的方案首尾两组电离层图与IGS产品符合得更好;卫星差分码偏差和接收机差分码偏差与IGS的差异分别约为0.2 ns和2 ns,仅有少数几个接收机差分码偏差在少数几天与IGS差异较大,超过3~4 ns。实验中使用Dell服务器R730（配置:128 GB内存、2个CPU、8个核心和32个线程数）,采用OpenMP多线程并行计算能够明显提高全球电离层模型的建模效率,单天解算仅需约7 min,3天解算需约22 min,效率提升近8倍。使用3 d观测数据并采用OpenMP多线程并行计算来建立全球电离层模型可有效节省建模时间,同时还能提高首尾两组模型系数的精度以进一步提升全球电离层模型的精度,对建模算法的测试、电离层产品的快速发布以及模型后续检验和预测等带来了便利,也为后续实现利用多卫星导航系统观测数据快速建立全球电离层模型提供了参考。     

基于BDS/GPS观测的北斗硬件延迟解算

研究了联合BDS/GPS观测数据基于球冠谐函数的中国区域电离层建模,并精确估计了北斗卫星和接收机DCB。联合解算得到的GPS卫星DCB相对CODE精度优于0.2 ns,GPS接收机DCB相对CODE精度优于1 ns;联合解算得到的中国区域上空VTEC相对CODE事后产品的精度可达2~3 TECU。     

山东区域电离层模型的建立及精度评估

针对电离层延迟改正对单频接收机用户带来误差较大的问题,该文基于球谐函数借助山东区域CORS双频观测数据建立山东区域电离层模型,并对硬件延迟偏差(DCB)和电子含量进行可靠性、稳定性分析,进一步使用单频精密单点定位(PPP)验证山东区域电离层模型的有效性。实验结果表明:测站DCB解算精度稳定在0.4ns内,解算卫星DCB与欧洲定轨中心(CODE)的偏差总体稳定在0.5ns内,区域电离层模型与CODE解算VTEC差值的均方根为1.22TECU,STD为0.93TECU,对山东区域单频PPP而言,山东区域电离层模型比CODE发布全球电离层模型在N、E、U方向精度明显提高。同时,建立的山东区域电离层模型从时间分辨率、空间分辨率上均优于CODE中心发布全球电离层模型。     

GPS静态精密单点定位算法精度分析

采用精密轨道和钟差,利用Bernese软件解算得到亚洲地区13个IGS跟踪站的站坐标、对流层ZTD和接收机钟差,将解算的结果与CODE发布的结果对比发现：静态PPP算法解算的N方向收敛精度明显优于E方向和U方向,4~6 h后,坐标偏差在1 cm左右;NEU RMS均值分别为0.45、0.29、0.69 cm,ZTD RMS均值为0.85 cm,接收机钟差RMS均值为0.14 ns。试验表明：精密单点定位算法具有较高的精度和可靠性,可为实际工程测量及相关地球物理信号研究提供理论依据。     

随机模型对北斗DCB估计和电离层建模的影响

差分码偏差(DCB)作为电离层建模和导航定位中一项重要的误差源,对其进行估计求解至关重要.为提高北斗卫星导航系统(BDS) DCB估计和电离层建模精度,提出了一种综合高度角、卫地距和测站纬度多因素的随机模型,并对比分析了不同随机模型对BDS DCB估计和电离层垂直总电子含量(VTEC)建模精度的影响.结果表明：不同随机模型对卫星端DCB解算产生约0.2 ns差异.相较于高度角随机模型,采用高度角、卫地距组合模型测站DCB估计精度平均提高0.13 ns,电离层建模精度提高了约0.2 TECU.新提出的随机模型,在低纬度测站DCB解算精度上差于高度角模型和高度角、卫地距组合模型,但在高纬度测站DCB解算结果上更优,且对电离层VTEC建模精度提升效果明显,与前两种随机模型相比分别提升了0.88 TECU和0.68TECU.     

利用GPS观测资料确定接收机差分码偏差的算法

仪器偏差是利用GPS观测资料确定总电子含量（Total Electron Content,TEC）的主要误差源之一,接收机P1和P2的仪器偏差称为差分码偏差。探讨了利用GPS资料计算接收机差分码偏差的算法,并进行了软件实现。实际观测数据的结果初步验证了算法的正确性。     

基于河北省CORS的区域电离层模型精度分析

为提高区域电离层模型和导航定位服务的精度,利用河北省连续运行参考站系统（CORS） 6个基准站的GPS卫星观测数据进行区域电离层建模和接收机差分码偏差（DCB）估计,并引入中国科学院（CAS）发布的电离层产品内插得到的垂直总电子含量（VTEC）进行区域电离层模型精度验证。实验结果表明,估计的单日GPS卫星DCB与产品值精度相当,偏差控制在0.5 ns以内;河北省CORS站GPS系统接收机DCB稳定性较好,5 d的标准偏差均小于0.1 ns;利用河北省CORS建立的区域电离层TEC在地磁平静期与磁暴期均与CAS产品值具有较高的一致性,TEC偏差控制在2 TECU以内。河北省区域电离层模型能有效监测电离层TEC在不同地磁状态下的时空变化,提高区域导航定位服务水平。     

北斗接收机位置解算算法及验证

接收机位置解算作为卫星导航定位中极其重要的一环,所使用算法的正确与否,直接影响到定位精度。文中使用诺瓦泰接收机采集到的北斗星历数据和伪距观测量,对北斗接收机位置解算的经典算法,包括北斗卫星位置的解算算法和最小二乘法接收机位置解算算法,进行了计算及分析验证。结果表明,利用北斗空间控制接口文件所提供的算法计算所得卫星位置三维误差均在10 m以下,使用最小二乘法解算出的接收机位置三维误差均在5 m以下,均满足北斗官方性能规范要求,从而验证了算法的正确性以及可行性。      

利用北斗观测实验网解算北斗卫星差分码偏差

差分码偏差(DCB)是电离层总电子含量(TEC)监测和建模的主要系统误差,卫星DCB也是卫星导航系统导航电文的重要参数。研究了卫星DCB的估计算法,推导了不同基准下DCB的转换公式,利用北斗观测实验网解算了2013年北斗卫星的DCB。在同一基准下分析了北斗卫星DCB的稳定性,并与MGEX发布的DCB产品进行了比较分析。实验结果表明,该方法解算的北斗卫星B1-B2DCB在-9~17ns之间,北斗卫星DCB的稳定性优于0.4ns;北斗倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)卫星稳定性优于地球静止轨道卫星(GEO)和中圆地球轨道卫星(MEO);利用北斗观测实验网解算的北斗卫星DCB与MGEX解算结果存在最大约1.7ns的系统偏差,可能由于测距码的不一致性所致;接收机硬件材质的不同是导致接收机DCB差异的主要影响因素。     

GPS测码伪距绝对定位的几种算法

GPS定位方程是非线性的,一般处理方法是按泰勒级数展开取至一次项进行线性化,再利用最小二乘原理求解,如果所取观测站坐标的初始值具有较大的偏差,略去二次微小量的模型误差,对解算结果将产生不能忽略的影响。本文研究分析了GPS测码伪距绝对定位的传统算法,并提出了一种通过求差法将GPS绝对定位的非线性观测方程转化成线性方程直接求解测站坐标的新算法,通过实例计算表明该方法计算简单,不需要测站的初始坐标信息,不需要求导计算和迭代计算,对于提高GPS测码伪距单点定位的解算速度和精度具有重要的意义。     

双向相位平滑伪距的硬件延迟解算研究

针对利用GPS观测数据提取TEC过程中最主要的误差来源硬件延迟问题,该文为了获取高精度TEC,在对双频观测数据处理时,改进了基于Hatch滤波的相位平滑伪距算法的使用方法,即双向平滑,取得较好的效果。研究采用了VTEC多项式和球冠谐分析模型来进行区域电离层建模及硬件延迟解算,经比较模型解算的硬件延迟与IGS发布值最大差异不超过1ns,其中VTEC多项式模型解80%差异值小于0.5ns,球冠谐函数模型解所有差异值均小于0.5ns。     

一种精确估计区域北斗接收机硬件延迟的方法

提出了一种精确估计区域北斗接收机硬件延迟(DCB)的方法。该方法不需要传统复杂的电离层模型,在已知一个参考站接收机硬件延迟的条件下,利用正常情况下电离层延迟量和卫星-接收机几何距离强相关这一特点,采用站间单差法来精确估计区域内BDS接收机的硬件延迟。试验结果表明,该方法单站估计的单站北斗接收机连续30d的硬件延迟RMS在0.3ns左右。通过GEO卫星双频观测值扣除已知卫星DCB和本文方法估计的接收机DCB,计算对应穿刺点一天的VTEC并和GIM格网内插结果并进行比对分析,二者大小和变化趋势均符合较好,进一步验证了本文提出的方法具有可靠性。     

Computation of GPS P1–P2 Differential Code Biases with JASON-2

GPS Differential Code Biases (DCBs) computation is usually based on ground networks of permanent stations. The drawback of the classical methods is the need for the ionospheric delay so that any error in this quantity will map into the solution. Nowadays, many low-orbiting satellites are equipped with GPS receivers which are initially used for precise orbitography. Considering spacecrafts at an altitude above the ionosphere, the ionized contribution comes from the plasmasphere, which is less variable in time and space. Based on GPS data collected onboard JASON-2 spacecraft, we present a methodology which computes in the same adjustment the satellite and receiver DCBs in addition to the plasmaspheric vertical total electron content (VTEC) above the satellite, the average satellite bias being set to zero. Results show that GPS satellite DCB solutions are very close to those of the IGS analysis centers using ground measurements. However, the receiver DCB and VTEC are closely correlated, and their value remains sensitive to the choice of the plasmaspheric parametrization.     

A new algorithm for single receiver DCB estimation using IGS TEC maps

A new algorithm for single receiver DCB estimation using GIM vertical TEC gridded values is proposed. It estimates receiver DCB and vertical residual ionospheric delays using the least squares approach with linear constraints. The performance of the proposed algorithm was assessed by comparing estimated receiver DCBs with those provided by the IGS. The same comparisons were done using two other algorithms for receiver DCB estimation. It is demonstrated that the proposed algorithm is capable of reproducing IGS DCB values at the level of 0.1?C0.3?ns, which is better than the level of agreement observed for the other two algorithms. For our tests, we considered data from more than 100 IGS stations, daily, such that all major regions of the world were covered. Besides, both ionospherically quiet and disturbed days were considered. It provides some evidence that the aforementioned level of agreement with IGS receiver DCB values does not significantly dependent on geographical region and the state of the ionosphere. The algorithm is easy to implement and can be considered for online use.     

精密单点定位中附加先验电离层改正的内插方法研究

在精密单点定位技术中,外部提供给接收机更多的先验信息能使其定位精度和实时性得到提高。依靠增强站网内插出流动站的电离层延迟进行非差非组合精密单点定位时,其提供的改正达到精度要求势必使待估参数减少,模型强度变强,定位精度高。本文对比了内插电离层改正的精度,探讨了内插模型,提出了平面双样条内插模型。实验结果表明:在内插模型合适的情况下,电离层延迟精度可达到精密单点定位的要求。      

北斗三号卫星多频多通道差分码偏差估计与分析

差分码偏差(DCB)是电离层建模与导航定位授时的主要误差源,北斗多频多通道信号衍生出一系列新的DCB.本文首先分析了北斗三号卫星的码观测值组合及可估的DCB类型,建立了北斗三号卫星多频码偏差估计的数学模型,利用IGS实测数据首次估计得到了22种不同类型的北斗DCB.在此基础上,全面比较分析了各类DCB的内符合精度、外符...     

Estimation and analysis of Galileo differential code biases

When sensing the Earth’s ionosphere using dual-frequency pseudorange observations of global navigation satellite systems (GNSS), the satellite and receiver differential code biases (DCBs) account for one of the main sources of error. For the Galileo system, limited knowledge is available about the determination and characteristic analysis of the satellite and receiver DCBs. To better understand the characteristics of satellite and receiver DCBs of Galileo, the IGGDCB (IGG, Institute of Geodesy and Geophysics, Wuhan, China) method is extended to estimate the satellite and receiver DCBs of Galileo, with the combined use of GPS and Galileo observations. The experimental data were collected from the Multi-GNSS Experiment network, covering the period of 2013–2015. The stability of both Galileo satellite and receiver DCBs over a time period of 36 months was thereby analyzed for the current state of the Galileo system. Good agreement of Galileo satellite DCBs is found between the IGGDCB-based DCB estimates and those from the German Aerospace Center (DLR), at the level of 0.22 ns. Moreover, high-level stability of the Galileo satellite DCB estimates is obtained over the selected time span (less than 0.25 ns in terms of standard deviation) by both IGGDCB and DLR algorithms. The Galileo receiver DCB estimates are also relatively stable for the case in which the receiver hardware device stays unchanged. It can also be concluded that the receiver DCB estimates are rather sensitive to the change of the firmware version and that the receiver antenna type has no great impact on receiver DCBs.