GPS定位中的对流层模型分析

系统地分析对流层延迟特性在GPS导航中造成的定位误差,并主要介绍目前卫星定位领域主要应用的一些对流层折射修正模型。基于霍普尔德模型和萨斯塔莫宁模型,提出一种在缺少实测气象参数条件下,使用的简单对流层延迟修正模型。利用Matlab仿真软件对静态和动态接收机实测数据进行分析。结果表明,无气象参数的简单修正模型可以消除70％左右的对流层影响,有效地提高GPS的定位精度。     

电离层延迟修正方法评述

电离层延迟是卫星导航定位的重要误差源之一,为了有效消除该误差的影响,需要选择适当的电离层延迟改正方法。对电离层延迟修正精度和实时性要求不同,选用的改正方法也不尽相同。本文在分析各修正方法原理的基础上,论述了各方法的优缺点、存在问题、以及适用范围,该研究对于选用电离层修正方法具有指导意义。     

卫星导航系统中对流层改正模型分析

为了获取高精度的卫星导航系统时间, 需要对卫星导航系统信号传输过程中的各项误差进行修正, 对流层延迟是卫星导航系统精密定位的主要误差源之一。本文利用模型函数理论针对对流层延迟的误差修正进行比对分析研究, 分别介绍了对流层模型:Marini模型、霍普菲尔德(Hopfield)模型、萨斯塔莫宁(Saastamoinen)模型、勃兰克(Black)模型, 定量分析了温度、气压、湿度等气象参数及测站地理位置对各模型的影响程度, 系统分析了对流层延迟特性及其误差改正模型的精度, 并利用事后公布的IGS跟踪站的对流层时延改正数据对模型分析结果进行检验, 得出Black模型受测站高程及各气象参数变化影响最小, 且优于GPS接收机内部改正模型产生的对流层时延。     

高阶电离层在GNSS对流层参数估计的影响

为了研究高阶电离层在全球卫星导航系统(GNSS)对流层参数估计中的影响.在太阳活动平静期和活跃期，分别选择亚太地区的8个MGEX (Multi-GNSS Experiment)跟踪站.通过GAMIT10.71分析了高阶电离层延迟在北斗二号(BDS-2)、北斗三号(BDS-3)、GPS、GLONASS和Galileo对流层参数估计的影响.实验结果表明：太阳活动平静期，高阶电离层延迟对于Galileo的对流层天顶总延迟(ZTD)、可降水量(PW)和南北梯度(NSgrad)影响最大分别达到7.70 mm、1.26 mm和6.77 mm；高阶电离层延迟对于GLONASS的对流层东西梯度(EWgrad)影响最大达到9.30 mm.太阳活动活跃期，高阶电离层在GNSS对流层参数估计中产生了更大影响.其中，高阶电离层延迟对于BDS-2的ZTD和PW影响最大分别达到21.30 mm和3.49 mm；高阶电离层延迟对于Galileo的对流层NSgrad影响最大达到19.87 mm；高阶电离层延迟对于GLONASS的对流层EWgrad影响最大达到了21.21 mm.实验结果进一步表明：高阶电离层在GNSS...     

GTDM:一种获取全球对流层延迟的新模型

对流层延迟是GNSS定位的主要误差源。现有的各对流层延迟模型大多存在过度拟合的弊端,不能反映延迟在短时间内的细节变化。本文利用2011-2017年ECMWF气象资料分析了对流层延迟的变化特征,发现同一格网相邻年份之间全球对流层延迟偏差绝大多数在5 cm内。在此基础上,本文提出了一种非参数拟合的对流层延迟模型GTDM。经验证,GTDM模型具有较好的拟合效果。本文将2016-2017年IGS分析中心提供的对流层延迟产品数据、探空气象数据解算的对流层延迟作为外检核数据,验证结果表明,GTDM模型在全球范围的精度均优于GZTD、GPT2w、UNB3m模型。GTDM模型建模方法简单,可避免过度拟合对流层延迟值的问题,能够有效地反映对流层延迟变化特征。     

利用GPT3模型的GNSS⁃PWV计算方法北大核心CSCD

针对部分GNSS测站缺乏实测气象参数时无法实时计算可降水量(PWV)的问题,本文以长三角地区为例提出一种将GPT3模型参数与GNSS对流层总延迟(ZTD)融合获取高精度PWV的新方法。研究结果表明,GPT3模型的气象参数和各类对流层延迟参数在长三角地区具有较好的稳定性和精度,融合GPT3模型的干延迟(ZHD)、加权平均温度(Tm)和GNSS⁃ZTD所得PWV的RMS为3.56 mm,接近GNSS⁃PWV的3.74 mm,远优于GPT3⁃PWV的11.12 mm。     

一种新的全球对流层天顶延迟模型

利用IGS提供的高精度对流层天顶延迟数据,在全球范围内详细分析对流层延迟在高程及水平方向的变化规律,建立了一种新的全球对流层天顶延迟模型。该模型计算方法简单,只与年积日和位置参数有关,无需气象参数。经检验,新模型的对流层延迟改正精度优于输入标准气象参数的几种常用的对流层延迟模型,满足卫星实时定位和导航的精度要求。     

顾及映射函数误差的对流层延迟两步估计法

利用VLBI、GNSS等空间大地测量数据估计对流层延迟时,通常不考虑映射函数的误差,但这种处理策略最终会对估计结果造成不可忽略的影响。首先,根据多年的气象资料,分析了映射函数误差随高度角的变化特性,然后构建了映射函数误差模型,进而提出了一种顾及映射函数误差的对流层延迟两步估计法。试验表明,本文提出的方法可有效削弱斜路径延迟残差,并在一定程度上改善对流层湿延迟的估计精度。     

利用气象数据计算局部对流层湿延迟的方法

天顶对流层湿延迟是反演大气水汽含量的重要参数。该文通过研究局部地区垂直剖面气象条件的变化特征,提出了一种利用地表实时观测气象数据及历史资料计算当前时刻局部地区垂直剖面气象参数的方法,进而可利用积分方法精确求得该地区对流层湿延迟。通过与当前精度较高的经验模型对比,证明本文提出的方法能有效削弱局部地区对流层湿延迟误差,RMS和Bias误差可分别降低30%、50%左右;由于观测量仅是温度和湿度,故相较于利用GNSS等空间大地观测台站估计湿延迟的方法,本文方法的成本将小许多。     

网络RTK基准站间的模糊度及空间相关误差解算

利用载波相位双差观测值的宽巷和无电离层组合固定部分模糊度参数,并采用Kalman滤波算法估计残余的对流层延迟;然后对观测值进行改正,剔除对流层延迟误差,从而提高剩余模糊度参数的固定率;最后估计双差电离层延迟。文中采用美国CORS网的GPS数据进行实验,实验结果表明,自适应滤波算法可明显提高残余对流层延迟的解算精度和模糊度的解算效率;固定模糊度并改正对流层和电离层延迟,差分定位精度得到很大提高。     

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。     

基于北斗GEO的电离层延迟修正方法比较与分析

电离层延迟是影响导航定位精度的最主要因素。北斗卫星导航系统采用Klobuchar模型修正单频接收机用户的电离层延迟误差,对于双频接收机,可以利用不同频率信号的伪距观测数据解算得到电离层延迟值。为比较两种方法在天津地区的电离层延迟修正效果,利用NovAtel GPStation6接收机(GNSS电离层闪烁和TEC监测接收机)采集到的卫星实测数据进行计算。以国际全球导航卫星系统服务组织(IGS)发布的全球电离层格网数据为参考,对两种方法的修正效果进行比较分析。结果表明,在天津地区,利用双频观测值解算电离层延迟比Klobuchar模型计算结果更加精确,且平均每天的修正值达到IGS发布数据的82.11％,比Klobuchar模型计算值高948％      

Comparison of 4D tomographic mapping versus thin-shell approximation for ionospheric delay corrections for single-frequency GPS receivers over North America

The majority of navigation satellite receivers operate on a single frequency. They compensate for the ionospheric delay using either an ionospheric model which typically only corrects for 50% of the delay or a thin-shell map of the ionosphere. A 4D tomographic imaging technique is used to map the free electron density over the full-height of the ionosphere above North America during autumn 2003. The navigation solutions computed using correction based upon the thin-shell and the full-height maps are compared in this paper. The maps are used to calculate the excess propagation delay on the L1 frequency experienced by GPS receivers at selected locations across North America. The excess delay is applied to correct the single-frequency pseudorange observations at each location, and the improvements to the resulting positioning are calculated. It is shown that the thin-shell and full-height maps perform almost as well as a dual-frequency carrier-smoothed benchmark and for most receivers better than the unfiltered dual-frequency benchmark. The full-height corrections perform well and are considerably better than thin-shell corrections under extreme storm conditions.     

Contribution of ionospheric irregularities to the error of dual-frequency GNSS positioning

This paper investigates the third-order residual range error in the dual-frequency correction of ionospheric effects on satellite navigation. We solve the two-point trajectory problem using the perturbation method to derive second-approximation formulas for the phase path of the wave propagating through an inhomogeneous ionosphere. It is shown that these formulas are consistent with the results derived from applying perturbation theory directly to the eikonal equation. The resulting expression for the phase path is used in calculating the residual range error of dual-frequency global positioning system (GPS) observations, in view of second- and third-order terms. The third-order correction includes not only the quadratic correction of the refractive index but also the correction for ray bending in an inhomogeneous ionosphere. Our calculations took into consideration that the ionosphere has regular large-scale irregularities, as well as smaller-scale random irregularities. Numerical examples show that geomagnetic field effects, which constitute a second-order correction, typically exceed the effects of the quadratic correction and the regular ionospheric inhomogeneity. The contribution from random irregularities can compare with or exceed that made by the second-order correction. Therefore, random ionospheric irregularities can make a significant (sometimes dominant) contribution to the residual range error.     

GPS+BDS中长距离RTK定位算法及结果分析

GPS/BDS中长距离RTK定位因为电离层和对流层残余误差的影响,其性能相对于常规RTK有所降低。将GPS/BDS卫星双差电离层误差和对流层误差作为参数,采用卡尔曼滤波进行实时估计。为了验证算法的有效性,利用武汉地区103 km静态基线24 h双频观测数据,分析了GPS和BDS单系统以及二者组合双系统中长距离RTK定位性能。实验结果表明,精确估计的双差电离层残余误差达到米级、对流层误差达到分米级;经过改正后,GPS/BDS单系统的定位精度在1 cm左右,组合双系统则实现了中长距离基线毫米级的高精度定位。     

EGNOS对流层延迟改正模型及其精度分析

对流层延迟是GPS定位中一个主要的误差源,目前处理对流层延迟的主要方法是通过模型法、差分法等;当基线的距离较短时,基线两端气象条件基本相同差分法可以很好地修正对流层延迟误差,当基线的距离很长时,由于基线两端的气象参数差别较大差分法不能很好地消除对流层误差,模型法却能很好地消除对流层误差.对EGNOS模型进行了详细的介绍...     

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。     

Understanding the role of the ionospheric delay in single-point single-epoch GPS coordinates

The ionospheric delay is the main source of error for single-point single-epoch (SPSE) GPS positioning when using single-frequency receivers. In contrast to the common slant approach, in this article we focus on its effect in final coordinates through the study of bias propagation in SPSE positioning: we first show an analytical resolution for the propagation problem with highly symmetric satellite configurations. To overcome some of the disadvantages of this first method, we use Santerre’s technique and, finally, present a new numerical methodology that allows us to generalize for a real geometry and obtain an average ionospheric positioning error over a given site. From the results obtained, four working hypotheses that relate the ionospheric shape above the receiver with final position errors are presented and tested. These four hypotheses, which agree with average ionospheric positioning error in 95% of the studied cases, can be related to the construction of the design matrix. Finally, these hypotheses have been used to address a situation where the ionospheric delay is corrected with an ionospheric model.     

GPS精密单点定位技术及其应用

介绍了精密单点定位的基本原理,利用IGS数据和产品验证了对流层天顶延迟和电离层总电子含量的解算正确性,给出了青岛地区对流层折射率和电离层电子密度剖面的探测结果。实验结果表明：精密单点定位技术应用于空间环境探测是可行的。