远距离下CORS的双差电离层延迟内插模型精度分析

为了验证传统的内插模型能否满足远距离下连续运行参考站系统(CORS)的双差电离层延迟精度的需求.通过构建电离层双差观测方程,以线性内插模型(LIM)和距离相关线性内插模型(DIM)为研究对象,以虚拟参考站技术(VRS)为代表,将解算得到的监测站双差电离层延迟与通过LIM和DIM内插算法得到的监测站双差电离层延迟进行对比,分析这两种模型在远距离CORS网下的双差电离层延迟内插效果.实验结果表明,在远距离CORS网监测站条件下,LIM模型的内插精度高于DIM模型内插精度.      

基于CORS的电离层延迟建模方法

实现CORS电离层延迟的建模过程,通过构建双差观测方程解算出CORS电离层延迟量,然后利用VRS技术在流动站附近生成虚拟参考站,根据参考站与流动站的位置关系和网络插值算法,内插出流动站的双差电离层延迟项,比较流动站经过内插和实际解得到的电离层延迟项的差异,验证网络插值算法的可行性,实现CORS电离层延迟的算法解算过程.     

基于Holt-Winter的电离层延迟预报模型

区域CORS系统为电离层延迟的研究提供了新的技术和数据平台,可利用参考站实际观测数据解算电离层延迟。根据电离层延迟具有周日性和季节性的特征,提出利用Holt-Winter模型对实算的电离层延迟进行预报。利用JSCORS的实测数据,对Holt-Winter的无季节模型、加法模型和乘法模型进行实例分析。结果表明,加法模型和乘法模型的预报效果较好,加法模型要稍优于乘法模型。     

鞍山区域电离层模型构建及GNSS应用研究

针对电离层延迟误差目前是GNSS导航定位精度最重要误差源的现状,通过GNSS参考站或跟踪站实测数据计算电子总含量值,建立区域电离层模型,监测区域电离层变化,进而找到削弱或消除电离层延迟误差影响方法。利用曲面拟合实现建模,在模型的建立过程中通过对不同的模型阶数进行设置,对比不同情况下的模型精度,从而确定特定区域内最佳数据采样间隔及阶数设置,并在最佳阶数设置情况下,比较了预报不同时段的精度,进而对延迟量预报问题进行探讨,得出一些有益结论。可以通过该模型单独解算流动站站点的实时电离层延迟信息,这对多基站CORS的站间距离选择和单基站CORS基准站和流动站之间距离设计,尤其对提高单频接收机以及GIS产品用户的定位精度和差分模型的覆盖范围都具有实际参考意义。     

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。     

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.     

基于实时Kalman滤波的电离层建模及精度分析

文中使用CORS实时数据,基于Kalman滤波建立区域电离层TEC球谐函数模型。使用CORS相位平滑伪距电离层观测值,逐历元滤波求解电离层模型参数,分离卫星与接收机硬件延迟,并应用于单双频PPP定位中。实验结果表明,区域电离层模型精度约为1.9 TECU,较IGS发布的电离层格网数据(GIM)提高58.8%;采用区域电离层模型改正后单频PPP定位精度约为0.2 m,较GIM提高60.3%;模型提供的高精度电离层改正信息能够有效提升双频PPP收敛速度及初始定位精度。     

低纬度地区CORS服务电离层TEC的特点分析与比较

针对低纬度地区CORS服务实时定位精度和可靠性问题,对高中低纬度地区电离层扰动程度进行试验分析。试验表明,低纬度地区电离层活动比较活跃,在北京时间14:00—15:00之间电离层TEC出现峰值,即电离层活动最为活跃。为了获取可靠的实时定位精度、整周模糊度固定解及快速的初始化时间,建议网络RTK用户在此期间避开作业。     

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％      

利用单基站GPS数据建立电离层VTEC模型

介绍几种常用的电离层VTEC模型.通过利用哈尔滨市CORS观测网络的单基站GPS双频观测数据建立多种电离层VTEC 模型,并对建模成果进行分析与研究.结果表明,模型选择和GPS卫星空间分布对建模有较大影响.     

长距离网络RTK区域电离层延迟实时改正

针对网络RTK基线过长时电离层延迟的相关性就会减弱的问题,本文提出了一种长距离网络RTK区域电离延迟改正模型。首先利用已知载波值和确定的非差参考模糊度计算基准站的电离层延迟,进而传播至流动站,最后内插计算流动站电离层延迟,得到电离层延迟改正。通过实测CORS数据进行验证,结果表明,该算法可使长距离网络RTK达到厘米级精度的定位结果。     

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.     

北斗RNSS-RDSS组合模糊度解算方法

电离层延迟较大是基线较长情况下的模糊度解算需要解决的关键问题。当基线较长时,由于基准站和流动站的电离层相关性弱使得双差电离层残差较大,易导致模糊度解算所需时间长且成功率不高。本文提出了一种模糊度解算方法,该方法将北斗无线电测定业务(radio determination satellite system,RDSS)的下行S频段信号测量值与无线电导航业务(radio navigation satellite system,RNSS)信号测量值组合来削弱电离层的影响。首先,通过RDSS信号测量值与RNSS信号测量值一起进行频率组合研究,确定了几组电离层延迟系数小且总噪声波长比(total noise level,TNL)较小的组合。然后,利用这些组合形成几何无关和电离层无关模型解算GEO卫星的窄巷模糊度。最后利用已知窄巷模糊度的GEO卫星测量值辅助求解非GEO卫星的窄巷模糊度。利用实测北斗星历对提出的方法进行了仿真验证,结果表明,本文方法可以从整体上提高模糊度解算的速度和成功率。     

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。     

Analysis of long-range network RTK during a severe ionospheric storm

The network-based GPS technique provides a broad spectrum of corrections to support RTK (real-time kinematic) surveying and geodetic applications. The most important among them are the ionospheric corrections generated in the reference network. The accuracy of these corrections depends upon the ionospheric conditions and may not always be sufficient to support ambiguity resolution (AR), and hence accurate GPS positioning. This paper presents the analyses of the network-derived ionospheric correction accuracy under extremely varying – quiet and stormy – geomagnetic and ionospheric conditions. In addition, the influence of the correction accuracy on the instantaneous (single-epoch) and on-the-fly (OTF) AR in long-range RTK GPS positioning is investigated, and the results, based on post-processed GPS data, are provided. The network used here to generate the ionospheric corrections consists of three permanent stations selected from the Ohio Continuously Operating Reference Stations (CORS) network. The average separation between the reference stations was ∼200 km and the test baseline was 121 km long. The results show that, during the severe ionospheric storm, the correction accuracy deteriorates to the point when the instantaneous AR is no longer possible, and the OTF AR requires much more time to fix the integers. The analyses presented here also outline the importance of the correct selection of the stochastic constraints in the rover solution applied to the network-derived ionospheric corrections.     

GPS/VRS实时网络改正数生成算法研究

为提高厘米级网络GPS/VRS实时动态定位的精度和可靠性,系统地探讨VRS网络实时改正数的生成模型,并提出适用于中长距离参考站网络的电离层、对流层以及卫星轨道改正数计算的改进算法。结合四川GPS参考站网络(SGRSN)以及自主开发的虚拟参考站软件平台VENUS系统,对上述改正数生成算法进行试验验证,结果表明其大气误差改正数精度为2~4 cm,轨道误差的影响可基本消除,满足80 km以上中长距离稀疏参考站网络厘米级实时动态定位服务要求。     

Remarks on correcting ionospheric distortions in L-band radar interferometry

The L-band synthetic aperture radar (SAR) interferometry (InSAR) technique has a lower accuracy due to ionospheric phase distortions. Recently, a multiple-aperture interferometry (MAI)-based ionospheric correction method has been proposed. Using four types of ionosphere-distorted interferograms, the performance of the correction method was evaluated and then analyzed the feasibility of the correction method. The test interferograms contained severe azimuth streaking, low-frequency ionospheric phase distortion and drastic phase change due to the ionosphere. The results showed that (i) the existence and magnitude of ionospheric phase distortions can be recognized from MAI interferograms and (ii) the MAI-based ionospheric correction method efficiently reduced severe azimuth streaking and low-frequency distortion but did not mitigate the drastic phase change perfectly. It is allowed (i) to determine whether a given SAR interferogram has an ionospheric distortion and (ii) to predict whether the ionospheric distortion can be corrected by using the MAI-based ionospheric correction method.     

区域电离层建模的单频伪距定位验证

针对电离层单层模型无法满足单频用户定位精度要求的问题,该文建立了区域电离层斜路径模型和单星多项式函数模型。基于河北省区域CORS站的实验结果表明:该文建立的区域电离层模型的拟合精度比CODE中心的格网电离层模型提高了近80%。并将其应用于北斗、GPS单频伪距单点定位,得出北斗的单点定位高程和平面定位精度分别优于3和2m,GPS的单点定位高程和平面定位精度分别优于1.5和1m;相对于CODE,GPS和北斗在平面及高程方向的定位精度均提高了50%左右。结果证明,采用斜路径电离层模型和多项式函数模型,可以较好地反映区域电离层的精细结构。