区域电离层延迟模型研究

电离层延迟是GPS定位中主要误差源之一。本文针对中国区域的电离层延迟问题,首先使用区域电离层延迟模型理论和IGS提供的IONEX数据,分析了中国区域点(120°E,30°N)的不同时间尺度的TEC变化情况,总结出该地区的TEC变化规律。然后采用IGS公布的监测数据对中国区域的电离层延迟进行PPP解算,并利用Matlab对解算结果进行仿真,结果表明:球谐函数模型对于中国区域电离层电子含量解算的特征更具有区域代表性。     

GPS硬件延迟计算精度及其稳定性分析

硬件延迟是利用GPS进行TEC测量时最大的误差源,其影响可达30多TECU。为获得更准确的绝对TEC数值,必须利用一定的电离层模型计算得出GPS系统硬件延迟。本文为估算利用一个时段内的观测数据计算得出的硬件延迟对后续时段TEC测量的影响,利用IGS网络中60多个数据质量良好的GPS跟踪站数据,对硬件延迟的精度和稳定性进行了研究。结果表明:GPS系统硬件延迟在短期内具有较好的精度和稳定性,但是当发生电离层扰动现象时GPS系统硬件延迟的精度和稳定性会遭到破坏。同时根据GPS系统硬件延迟稳定性的研究成果,本文还提出了一种对太阳耀斑进行预报的观点。     

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。     

对利用GPS观测值建立区域VTEC模型的研究

本文根据区域电离层延迟模型的原理与方法，利用载波相位、伪距两种GPS观测值建立了区域VTEC电离层模型，并利用地壳网络观测数据对模型的精度进行了检核。     

电离层二阶项模型的构建及其变化规律分析研究

在高精度大地测量GPS数据处理研究和应用领域,电离层二阶项延迟影响不容忽视。采用带有三角级数的曲面拟合模型构建电离层延迟二阶项模型,并结合西安市高精度GPS地面沉降监测数据,分析近五年来该区域电离层总电子含量、一阶项、二阶项延迟的半年与年变化规律及其对定位结果的影响,在电离层二阶项的研究方面获得了一些有意义的结论。     

北斗全球系统广播电离层模型性能初步评估

北斗三号系统于2017年正式启动建设,将采用新的北斗全球电离层延迟修正模型（BeiDou global ionospheric delay correction model,BDGIM）。使用高精度格网电离层数据和双频实测电离层延迟数据作为参考,对北斗试验卫星系统播发的BDGIM模型精度进行了相应分析和评估,并与北斗Klobuchar和GPS Klobuchar模型精度进行了比较。研究结果表明,在中国区域,BDGIM模型和北斗Klobuchar模型精度相当,优于GPS Klobuchar模型;在全球范围内,BDGIM模型精度优于北斗Klobuchar和GPS Klobuchar模型。采用不同电离层模型进行伪距单频单点定位,并对定位结果进行对比分析,结果显示,使用BDGIM模型比北斗Klobuchar模型的定位精度有13%的提高,比GPS Klobuchar模型有7%~10%的提高。     

地基GPS区域电离层多项式模型与硬件延迟统一解算分析

探讨了利用区域地基GPS双频精码数据建立单层电离层多项式模型中,多项式系数、组合硬件延迟统一平差的数据处理方法.数据分析表明,GPS卫星短弧段的天空视图对电离层多项式建模的影响较大,由此估计的组合硬件延迟解不稳定,电离层模型也存在系统误差,边际效应明显;分段常数的全天电离层延迟多项式建模的数据处理方法可以有效地削弱短时弧段建模的影响,获取一致性、稳定性更好的组合硬件延迟.     

卫星VLBI测轨资料处理中的电离层延迟改正

结合我国探月项目卫星VLBI测轨资料分析中的实际需求讨论了两个问题:一是在S、X波段时延测量精度均为1 ns情况下,电离层延迟改正所能够达到的精度;二是在飞行器VLBI测轨过程中,不能确保S、X波段双频观测情况下获取电离层时延改正的可能途径,包括借助于相关电离层模型、利用常规VLBI历史观测资料积累、借助于局域GPS观测网和IGS网单站GPS测量以及借助于专门设计的单站GPS测量等.最后对电离层VLBI和GPS技术实测结果进行了比较和问题分析.     

卫星VLBI测轨资料处理中的电离层延迟改正

结合我国探月项目卫星VLBI测轨资料分析中的实际需求讨论了两个问题：一是在S、X波段时延测量精度均为1ns情况下，电离层延迟改正所能够达到的精度；二是在飞行器VLBI测轨过程中，不能确保S、X波段双频观测情况下获取电离层时延改正的可能途径，包括借助于相关电离层模型、利用常规VLB1历史观测资料积累、借助于局域GPS观测网和IGS网单站GPS测量以及借助于专门设计的单站GPS测量等。最后对电离层VLB1和GPS技术实测结果进行了比较和问题分析。     

新的区域电离层模型及单频长基线精度分析

电离层延迟是影响GPS精密定位的主要因素,对单频接收机的影响尤为明显。介绍了一种新的基于区域双频观测网构建电离层模型的方法,并选取德国境内平均基线超过300 km(最长基线为461 km)的一个长距离观测网连续10 d的数据对模型进行了检测分析。实验证明,基于该电离层模型,网内单频接收机用户可获得接近双频观测数据的解算精度,即使对于200 km的长距离基线,单频数据的基线解算结果都能够达到平面方向6 mm,高程方向2.5 cm。区域电离层延迟模型构造方法可被有效应用于GPS、GLONASS和GALILEO等各类卫星导航定位系统,满足事后、实时或准实时单频接收机精密数据处理的需要。     

基于GPS的2003年10月28日太阳耀斑的电离层响应研究

本文利用VTEC(the Vertical Total Electron Contents)增量和VTEC变化率分析了电离层在2003年10月28日太阳耀斑期间中国的四个IGS跟踪站的响应情况.通过分析比较说明用VTEC变化率似更适合探测电离层对太阳耀斑的响应,并有望发现耀斑期间电离层的一些扰动现象,但在能得到高精度的绝对离层延迟的情况下,利用VTEC增量能准确全面地反映电离层对耀斑响应的整体变化情况.     

2018年8月磁暴期间北斗GEO卫星电离层TEC时空变化分析

基于北斗GEO卫星独有的静地特性,本文利用其观测数据提取电离层TEC进行磁暴期间电离层TEC时空变化研究。同时利用全球电离层格网图GIM值进行试验对比,结果表明：北斗GEO卫星提取的TEC与GIM模型值变化趋势一致,并且前者可更有效地监测电离层的细微扰动变化。在此次磁暴发生期间,亚太地区电离层TEC变化及扰动响应特征在纬度方向差异明显。其中南北半球较高纬度区域,电离层TEC在磁暴主相阶段主要表现为正响应扰动,而赤道及北半球较低纬度区域,电离层TEC在磁暴主相及恢复相阶段均产生了强度更大、持续时间更长的正响应扰动。结合现有研究,认为造成此次电离层异常扰动的激励因素主要为东向快速穿透电场的增强及热层中性成分的变化。试验结果也证明了GEO卫星可以精准有效地监测在磁暴发生时电离层TEC的变化规律及不同空间位置处TEC产生的扰动响应特征。     

A self-contained GIM-aided Abel retrieval method to improve GNSS-Radio Occultation retrieved electron density profiles

GPS Solutions - A self-contained global ionospheric maps (GIM)-aided Abel retrieval method is adopted that can account for spherical non-uniformity along the radio wave path in the vicinity of the...     

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。     

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。     

EGNOS电离层延迟改正数分析

EGNOS是一个广域增强系统,向用户提供电离层改正数是其服务内容的一部分。本文分析了EGNOS电离层改正数的结构,介绍了用户的电离层改正数算法流程。结合EGNOS在中国测试的实际数据,对EGNOS电离层改正数进行了分析。通过对EGNOS的电离层改正数分析可以为我国的广域增强系统提供技术参考。     

GNSS电离层监测研究进展与展望

电离层作为近地空间环境的重要组成部分,对电波通信、卫星导航定位等都有重要影响。监测电离层形态结构有助于对电离层时空演化特征的理解及其建模和预测。随着全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)的快速发展,GNSS电离层监测已成为重要的研究和应用方向。系统介绍了GNSS多维电离层监测及其应用的研究现状和进展,主要包括空基/地基GNSS联合反演电离层特征参数、层析技术反演电离层三维结构、电离层延迟建模、电离层异常扰动监测及机理认知等内容。     

Improved precise point positioning in the presence of ionospheric scintillation

Ionospheric disturbances can be detrimental to accuracy and reliability of GNSS positioning. We focus on how ionospheric scintillation induces significant degradation to Precise Point Positioning (PPP) and how to improve the performance of PPP during ionospheric scintillation periods. We briefly describe these problems and give the physical explanation of highly correlated phenomenon of degraded PPP estimates and occurrence of ionospheric scintillation. Three possible reasons can contribute to significant accuracy degradation in the presence of ionospheric scintillation: (a) unexpected loss of lock of tracked satellites which greatly reduces the available observations and considerably weakens the geometry, (b) abnormal blunders which are not properly mitigated by positioning programs, and (c) failure of cycle slip detection algorithms due to the high rate of total electronic content. The latter two reasons are confirmed as the major causes of sudden accuracy degradation by means of a comparative analysis. To reduce their adverse effect on positioning, an improved approach based on a robust iterative Kalman filter is adopted to enhance the PPP performance. Before the data enter the filter, the differential code biases are used for GNSS data quality checking. Any satellite whose C1–P1 and P1–P2 biases exceed 10 and 30 m, respectively, will be rejected. Both the Melbourne–Wubbena and geometry-free combination are used for cycle slip detection. But the thresholds are set more flexibly when ionospheric conditions become unusual. With these steps, most of the outliers and cycle slips can be effectively detected, and a first PPP estimation can be carried out. Furthermore, an iterative PPP estimator is utilized to mitigate the remaining gross errors and cycle slips which will be reflected in the posterior residuals. Further validation tests based on extensive experiments confirm our physical explanation and the new approach. The results show that the improved approach effectively avoids a large number of ambiguity resets which would otherwise be necessary. It reduces the number of re-parameterized phase ambiguities by approximately half, without scarifying the accuracy and reliability of the PPP solution.     

电离层延迟变化自模型化的载波相位平滑伪距算法

传统的单频载波相位平滑伪距算法因受到电离层延迟变化的影响,容易出现平滑结果发散和精度下降的问题,而现有的解决方案对精度提高有限或需要外部精密电离层改正数据的支持。本文研究了电离层的变化规律并建立回归模型,在此基础上提出了一种自模型化电离层延迟变化的单频载波相位平滑伪距算法。此算法利用伪距和载波观测量中含有的电离层延迟信息进行电离层延迟建模,从平滑伪距中扣除了历元间电离层延迟变化值,有效避免了平滑伪距的发散问题。利用自编软件GNSSer实现了电离层自模型化的载波平滑伪距算法,并采用静态与动态实测观测数据进行了定位试验和精度分析。算例结果表明:①长时段常规Hatch滤波受电离层影响非常严重;②自模型化电离层延迟可达厘米级的精度,在30 min窗口内,使用线性移动开窗拟合法效果最佳;③自模型化电离层改正可以有效消除平滑伪距电离层影响,随着时段窗口的增加,精度没有降低;④利用本文提出的算法进行逐历元单频平滑伪距单点定位,在静态与动态的NEU方向都达到了亚分米级别的定位精度,其中,动态定位测试中水平和高程方向精度为6.25和10.4 cm,比原始伪距分别提高了5.4倍和3.3倍。