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。     

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。     

基于L5的GPS电离层折射误差改正

在分析电离层折射误差模型以及双频改正模型的基础上,在原有的双频数据处理方法之下,利用GPS现代化中新增的L5频率与原有的L1、L2频率进行新的双频组合,再利用双频组合解算来得出电离层折射误差,以取得双频最优改正值,进而即可对GPS的电离层折射误差进行有效的改正。同时,简单介绍利用三频观测值改正电离层折射误差二阶项的方法。这些方法的使用均可提高GPS电离层折射误差的改正精度,从而提高GPS的定位精度,扩大其应用的深度与广度。     

三种电离层延迟多频修正算法的比较

电离层延迟多频修正算法在修正电离层延迟的同时会放大观测噪声等伪距误差的影响。分析了电离层延迟双频修正、三频一阶修正和三频二阶修正三种修正算法及观测噪声的影响。以Galileo系统的四个载波频率为例,对不同频率组合下三种修正算法进行了比较。结果表明电离层延迟多频修正中,并不是观测量的频点数越多或修正掉的高阶项越多修正精度越高,还与观测伪距噪声的大小以及采用的修正方法有关。为多频测距系统的电离层延迟修正算法和最佳频率组合设计提供了一种可行的分析方法。     

基于不同电离层模型的精密单点定位精度分析

随着PPP的发展与应用,对PPP误差源的研究更加精细、更加科学。电离层折射是高精度PPP的主要误差之一,国内外通用方法是用大气传播理论建立电离层修正模型。本文主要探讨了电离层对精密单点定位影响的基本理论,总结了目前常用方法;研究了Klobuchar模型的改正公式及计算方法;系统地研究了双频观测值建立消电离层延迟模型的理论和方法。使用相同时段的观测数据,将广播星历、Klobuchar模型和双频观测值改正消电离层模型的结果进行比较,发现用GPS双频观测值建立的消电离层模型的精度明显优于广播星历及Klobuchar模型。     

顾及电离层延迟的BDS-3四频长基线定位算法

针对长基线定位中电离层延迟对定位精度造成的影响,本文提出了一种基于BDS-3四频信号(B1C/B1I/B2a/B3I)的四频消电离层(IF)组合方法,采用消电离层组合观测值消除电离层延迟误差,联合模糊度改正后的超宽巷或宽巷组合观测值构建定位方程,从而实现原始窄巷模糊度和基线位置坐标的解算。试验采用BDS-3四频数据对四频IF组合方法和基于GB-FCAR模型的电离层延迟参数估计方法的定位精度进行对比分析。结果表明,在对长度超过500 km的长基线进行定位解算时,四频IF组合方法可以实现电离层延迟误差消除。与电离层延迟参数估计方法相比,四频IF组合方法水平和垂直方向的定位精度均达分米级,提升幅度分别达35%和40%以上,定位精度显著提高,其相对定位精度可达1×10^-9 m,满足长基线相对定位的要求。     

卫星导航中电离层误差校正技术现状与发展

电离层误差严重影响着GNSS的定位精度,GPS、BDS、Galileo、GLONASS有不同的电离层误差校正方法.全文概述了电离层误差校正方法,综述了单频电离层误差校正、双频电离层误差校正及多频电离层误差校正等技术的原理与发展现状.在单频电离层误差校正技术中总结了增强系统中的电离层误差校正技术、北斗全球电离层延迟修正模型(BeiDou global ionospheric delay correction model,BDGIM)、Klobuchar模型、单频电离层误差校正技术的优化—附加国际参考电离层(international reference ionosphere,IRI)约束模型和NeQuick-G模型;在双频电离层误差校正技术中重点总结了双频消电离层误差、无电离层组合模型及PPP-RTK技术中电离层误差校正方法;在多频电离层误差校正技术中介绍了高阶项改正和地磁场建模对电离层误差校正技术的优化与改进.最后,对电离层误差校正技术及其改进方法进行了分析,总结了其发展趋势与方向.     

电离层对GPS的影响

电离层效应是GPS导航定位的主要误差。本文论述电离层的特征及电离层的下列影响：电离层码群延、电离层载波相位超前、电离层多普勒频移、电离层折射与高度角的关系、振幅闪烁、磁暴对GPS的影响、电离层对差分GPS的影响和GPS接收机的电离层改正。     

论电离层对GPS定位的影响

电离层是ＧＰＳ定位的主要误差源。本文论述电离层的特征和折射系数,以及电离层的下列影响：电离层码群延、电离层载波相位超前、电离层多普勒频移、振幅闪烁、电离层相位闪烁效应、磁暴对ＧＰＳ定位测量的影响、电离层对差分ＧＰＳ的影响和ＧＰＳ接收机的电离层改正。     

三频电离层延迟改正中多路径误差和观测噪声的削弱算法

多频测距系统可以借助多频观测数据削弱电离层延迟的影响,但多频改正算法在改正电离层延迟项的同时会不同程度地放大多路径误差、观测噪声等伪距误差的影响。其中利用三频数据可以将电离层延迟改正至二阶项,也可以只改正至一阶项,分别称为三频二阶改正和三频一阶改正。首次推导了利用三频观测数据削弱伪距中多路径效应和观测噪声等误差的算法,使三频电离层延迟改正中伪距误差的影响大大减小。通过对三频实测数据的处理和分析验证了算法的有效性并给出了一些有益的结论和建议:在利用三频观测数据进行电离层改正时,首先改正伪距中的多路径误差和观测噪声,然后采用三频二阶改正算法将电离层延迟改正至二阶项,将有效提高伪距改正精度。如果不能有效削弱这些误差的影响,宜采用三频一阶改正或双频改正。     

Ionospheric error contribution to GNSS single-frequency navigation at the 2014 solar maximum

For single-frequency users of the global satellite navigation system (GNSS), one of the main error contributors is the ionospheric delay, which impacts the received signals. As is well-known, GPS and Galileo transmit global models to correct the ionospheric delay, while the international GNSS service (IGS) computes precise post-process global ionospheric maps (GIM) that are considered reference ionospheres. Moreover, accurate ionospheric maps have been recently introduced, which allow for the fast convergence of the real-time precise point position (PPP) globally. Therefore, testing of the ionospheric models is a key issue for code-based single-frequency users, which constitute the main user segment. Therefore, the testing proposed in this paper is straightforward and uses the PPP modeling applied to single- and dual-frequency code observations worldwide for 2014. The usage of PPP modeling allows us to quantify—for dual-frequency users—the degradation of the navigation solutions caused by noise and multipath with respect to the different ionospheric modeling solutions, and allows us, in turn, to obtain an independent assessment of the ionospheric models. Compared to the dual-frequency solutions, the GPS and Galileo ionospheric models present worse global performance, with horizontal root mean square (RMS) differences of 1.04 and 0.49 m and vertical RMS differences of 0.83 and 0.40 m, respectively. While very precise global ionospheric models can improve the dual-frequency solution globally, resulting in a horizontal RMS difference of 0.60 m and a vertical RMS difference of 0.74 m, they exhibit a strong dependence on the geographical location and ionospheric activity.     

GNSS基本服务性能评估

针对现有全球卫星导航系统性能评估无规范的评估标准问题,该文提出了以统一模型和算法为评估体系的方法,较详细的评估了全球卫星导航系统公开服务信号的基本性能,主要评估了空间信号误差、广播电离层模型改正效率及伪距单点定位精度等。结果表明:空间信号误差方面,伽利略最优、GPS和北斗三号相当;广播电离层模型方面,北斗全球广播电离层模型改正效果最优,GPSK8与NeQuick模型在低中纬度改正效果相当,北斗区域电离层模型在其服务区内具有较高改正效果;定位方面,北斗、GPS和伽利略静态伪距单点定位的三维位置均方根误差优于5m,格洛纳斯优于10 m;动态伪距单点定位方面,北斗在中国境内定位精度最高;基于统一评估体系下,可以直观对比得到目前各卫星导航系统的性能差异,同时也为后续的建设提供相应的参考。     

Galileo single frequency ionospheric correction: performances in terms of position

For GPS single frequency users, the ionospheric contribution to the error budget is estimated by the well-known Klobuchar algorithm. For Galileo, it will be mitigated by a global algorithm based on the NeQuick model. This algorithm relies on the adaptation of the model to slant Total Electron Content (sTEC) measurements. Although the performance specifications of these algorithms are expressed in terms of delay and TEC, the users might be more interested in their impact on positioning. Therefore, we assessed the ability of the algorithms to improve the positioning accuracy using globally distributed permanent stations for the year 2002 marked by a high level of solar activity. We present uncorrected and corrected performances, interpret these and identify potential causes for Galileo correction discrepancies. We show vertical errors dropping by 56–64 % due to the analyzed ionospheric corrections, but horizontal errors decreasing by 27 % at most. By means of a fictitious symmetric satellite distribution, we highlight the role of TEC gradients in residual errors. We describe mechanisms permitted by the Galileo correction, which combine sTEC adaptation and topside mismodeling, and limit the horizontal accuracy. Hence, we support further investigation of potential alternative ionospheric corrections. We also provide an interesting insight into the ionospheric effects possibly experienced during the next solar maximum coinciding with Galileo Initial Operation Capability.     

不同NeQuick电离层模型参数的应用精度分析

Galileo采用NeQuick作为全球广播电离层模型,其实际应用中以有效电离水平因子Az代替太阳活动指数作为NeQuick的输入参数,并利用二次多项式拟合得到广播星历中播发的3个电离层参数。本文在总结和讨论NeQuick模型参数估计方法及其变化特征的基础上,分别以全球电离层格网、GPS基准站及JASON-2测高卫星提供的电离层TEC为参考,分析不同NeQuick模型参数(包括以太阳活动参数F10.7为输入的NeQuick2、以本文解算参数为输入的NeQuickC和以Galileo广播电离层参数为输入的NeQuickG)在全球大陆及海洋地区的应用精度,并与GPS广播的Klobuchar模型对比。结果表明,NeQuickG在全球范围内的修正精度为54.2%~65.8%,NeQuickC的修正精度为71.1%~74.2%,NeQuick2的修正精度与NeQuickG相当,略优于GPS广播星历中播发的Klobuchar模型。     

GPS伪距改正及精密动态单点定位精度分析

给出了GPS伪距定位在动态模式下的改正模型：对流层折射延迟、电离层延迟改正、地球自转改正、相对论效应改正、卫星天线和接收机天线改正、固体潮改正。并针对单频GPS接收机进行动态伪距定位的试验，分析了各项改正对GPS伪距定位的精度影响及综合改正后的精度分析。     

大气折射率时间变化对地球同步轨道圆迹SAR聚焦性能的影响

结合了圆迹SAR(CSAR)和地球同步轨道SAR(GEOSAR)的特点,地球同步轨道圆迹SAR(GEOCSAR)具有大面积区域观测、可获得目标三维信息、可对目标区域连续监测等优点。但GEOCSAR合成孔径时间长,完成整个圆周孔径测量的时间为24小时,而大气变化的时间尺度经常表现为数分钟到数小时,因此大气折射率时间变化将会对GEOCSAR方位向聚焦成像产生重要影响。本文考虑L波段GEOCSAR,因此对流层和电离层效应均不可忽略。文中建立了对流层和电离层折射率时间变化引起的相位误差模型,分析和推导了折射率时间变化对GEOCSAR方位向聚焦性能的影响,计算了引起L波段GEOCSAR聚焦性能退化的最小对流层折射率和电离层电子含量随机时间变化量,并通过仿真进行了验证。     

Galileo卫星定位系统相位组合观测值的模型研究

简要介绍了Galileo系统 ,然后在模糊度保持为整数的前提下 ,论述了由Galileo系统的四个频率载波进行测量的组合观测值的一般定义 ,并对有关的误差影响进行了分析 ,最后根据一定的组合标准讨论了具有特定性能的组合观测值 ,并给出了一些典型的组合 ,分析了它们可能的应用