同时估计电离层延迟的单频精密单点定位方法

提出一种基于单频码和相位观测量的单频精密单点定位方法,将每个观测量的电离层延迟量与接收机钟差、对流层天顶延迟、接收机位置、相位模糊度一起作为未知参数。采用约化参数的平方根信息滤波与平滑算法进行参数解算。该方法适用于实时定位和事后处理,且不需要外部的电离层模型。采用全球分布的32个IGS监测站16 d实测数据进行静态解算试验,结果表明E、N、U方向的RMS分别为0.023 m、0.018 m、0.059 m;基于一组机载GPS数据进行动态解算试验,得到E、N、U方向的RMS(与载波相位动态相对定位结果比较)分别为0.168 m、0.151 m、0.172 m。     

弱电离层组合SPP在极区定位效果分析

研究了Klobuchar电离层改正模型和双频消电离层组合在伪距单点定位中的应用。通过实验验证了Klobuchar模型在极区的不适用性,并从理论上分析了消电离层组合在伪码噪声放大方面的缺点。针对消电离层组合中的不足,将噪声放大视为伪距定位中的主要矛盾。在降低伪距噪声和电离层延迟的不完全消除之间寻求平衡,提出了一种兼顾降噪与电离层改正的双频组合,称之为弱电离层组合。利用南极地区多个IGS跟踪站的多天数据,验证了弱电离层组合伪距单点定位相对于消电离层组合具有更好的定位效果,定位精度普遍可以提高15%~30%。不同测站对应的改善程度不尽相同,接收机内部因素造成的观测质量不佳也会使得定位精度改善不显著。     

单频GPS接收机定位中的电离层延迟改正

针对单频GPS接收机受电离层影响较大的特点，从定性的角度比较、分析了两种常用经验电离层模型的使用特点和改正精度。利用4个IGS测站的多天GPS实测数据，采用单点定位的方法，从定量的角度，研究了两种常用经验电离层模型应用于单频GPS用户定位时的改正效果，为单频GPS用户修正电离层延迟，选择合适的电离层模型提供了参考性建议。     

星间差分GRAPHIC观测量单频精密单点定位算法

提出了一种基于星间差分GRAPHIC观测量的单频精密单点定位算法,采用正反向滤波实现了静态和动态解算功能。该算法的优点是不需要外部电离层模型进行电离层延迟改正。采用4个IGS站7d的数据和一组机载GPS动态数据进行解算实验,结果表明:静态定位E,N和U方向的RMS分别为0.035,0.007和0.080m;动态定位E,N和U方向的RMS分别为0.117,0.122和0.180m。     

基于原始观测值的单频精密单点定位算法

研究了一种基于GPS原始观测值的单频PPP算法。该算法通过增加电离层延迟先验信息、空间和时间约束的虚拟观测方程,将电离层延迟当作未知参数与其他定位参数一并进行估计来高效修正电离层延迟误差。通过使用全球178个IGS站1d的实测数据对本算法的收敛速度、定位精度和电离层VTEC的精度进行检验与分析。结果表明,该算法的收敛速度和稳定性均得到了改善,其静态单频单天PPP解的精度可达2~3cm、模拟动态单频单天PPP解的精度可达2~3dm,并且单频PPP与双频PPP提取的电离层总电子含量平均偏差小于5个TECU,可作为一种附属定位产品使用。     

非差非组合精密单点定位提取区域电离层延迟及精度评定

电离层延迟是GNSS定位中最难处理,也是很重要的的误差来源之一,目前常用线性组合的方式处理电离层延迟,这些方法都会引入多余噪声,在不同程度上影响了模糊度的整数特性,同时也造成了某些有用数据丢失。本文提出了一种基于非差非组合精密单点定位的方式提取区域参考站电离层延迟的方法,再将提取得到的区域电离层延迟内插至仿用户站,在仿用户站实施单频PPP,最后检验得到定位的精度。实验结果表明:仿用户站单频PPP的定位精度平面方向约为4—5 cm,在高程方向低于1 dm,与全球电离层格网模型和半和改正等模型相比,采用非差非组合的方法提取电离层延迟后的定位精度更高。     

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。     

GPS电离层延迟Klobuchar模型与双频数据解算值的比较与分析

电离层延迟是影响GPS绝对定位的最主要因素,但由于电离层本身的不稳定性,加上目前对其物理特性的了解还有一定的模糊性,还只能采用精度有限的经验模型对其进行描述.对于GPS实时绝对定位,GPS系统的广播星历提供了Klobuchr模型的8个系数,可以用于单频接收机的电离层延迟改正;对于双频接收机,可以利用L1,L2,C1,P2进行计算得到电离层延迟值,但应考虑到卫星发射信号时产生的两频率间的硬件延迟TGD的影响.本文采用双频伪距求得电离层延迟值,用广播星历中各颗卫星的TGD参数进行改正,再根据L1和L2双频相位值求得的历元间的电离层延迟的变化采用Hatch类滤波递推模型对其进行平滑,从而求得较准确的对应于各个历元的电离层延迟值,将其作为真值与Klobuchar模型计算值进行比较,从而研究Klobuchar模型的精度和特点,并与IGS的后处理Klobuchar模型系数求得的电离层结果进行对比分析.对双频数据计算电离层延迟的算法进行详细研究,给出Klobuchar模型的具体计算过程,用位于武汉、北京和上海的IGS跟踪站的观测数据进行实际验证和算例分析,最后给出结论.     

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％      

基于GPS双频P码伪距进行单点定位研究

主要研究GPS单点定位中减弱电离层延迟和对流层延迟的方法,基于双频精码伪距观测值P1和P2的组合来消除电离层延迟,采用对流层模型UNB3来计算对流层延迟,并通过实例来验证这种方法的定位精度。     

不同Klobuchar模型参数的性能比较

对于GPS单频用户而言,电离层延迟是最重要的误差来源之一。GPS系统使用Klobuchar模型对电离层延迟进行改正,其改正数从370组常数中选取。目前全球分布的GPS测站可以获得高精度的全球电离层监测结果,GPS为什么不发播采用实测数据计算得到的Klobuchar模型参数呢？本文针对这一问题进行分析。首先对欧洲定轨中心CODE提供的全球电离层图GIM预报COPG电离层进行精度评估,然后根据COPG电离层进行Klobuchar模型参数拟合并利用IGS提供的事后高精度电离层图进行精度分析,最后将不同的电离层模型参数应用于单点定位以评估其对单频用户的影响。分析结果表明：受8参数的Klobuchar模型本身结构限制,采用全球实测数据计算的电离层模型参数与导航电文中发播的电离层模型精度相当,为55%左右。而仅采用地磁纬度45oS以北的数据拟合得到的模型参数,其电离层改正精度有明显提升,可达65%左右,但其对单频用户定位精度改善不明显。本文研究结果为我国全球电离层建模提供参考。     

利用相位平滑伪距和最小二乘曲面函数建立西安市区域电离层延迟模型

利用相位平滑伪距观测值,并采用附有限制条件的序贯最小二乘曲面拟合方法,研究构建了西安区域电离层延迟模型。该模型的内符合平均精度为6.9 cm,外符合平均精度为8.8 cm,通过与全球格网电离层延迟模型计算的电子含量进行对比,并将两种模型进行单频PPP定位测试。结果显示,区域电离层延迟模型的精度明显优于格网电离层延迟模型的精度。     

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。     

多系统非差非组合精密单点定位电离层延迟约束权阵的确定

非差非组合精密单点定位需要估计电离层延迟参数,采用电离层先验改正模型约束可以辅助电离层参数解算。针对先验电离层改正量与实际观测量之间权比关系难以确定的问题,本文提出一种电离层约束权因子搜索算法,采用权因子对先验电离层改正量的方差进行调整,根据验后残差加权平方和最小原则通过搜索找出较优的权因子,利用验后残差动态调整先验电离层改正量的方差从而达到改善定位结果的目的。采用8个MGEX跟踪站的GPS/BDS观测数据对该算法进行验证。静态结果表明：对比传统约束方法,采用搜索算法后平均三维定位精度由3.96 cm提高到3.40 cm,平均收敛时间由76.3 min缩短为59.9 min。     

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。     

电离层延迟高阶项对GPS精密单点定位精度影响分析

随着GPS卫星轨道、钟差及各种误差修正模型的不断精化,静态精密单点定位(PPP)定位精度达到mm级,进行电离层延迟高阶项较小量级的误差改正研究,对改进PPP数据处理策略具有重要的参考价值。本文利用分布在不同地理纬度的5个IGS跟踪站3天的观测数据,对比分析了电离层延迟二阶项、三阶项对GPS观测值精度及静态PPP定位精度的影响。分析结果表明,电离层延迟二阶项、三阶项对GPS观测值精度的影响分别为cm级和mm级,对低纬度地区PPP定位精度的影响大于3 mm,但对中高纬度的测站观测值、定位精度的影响比低纬度地区小很多。      

不同电离层改正模型的SF-PPP定位精度分析

电离层延迟可严重制约单频接收机的定位精度.基于此,本文介绍了四种单频接收机常用的电离层延迟改正方法,包括广播电离层改正模型(策略1),顾及太阳位置的变化全球电离层格网产品(Global Ionosphere Map, GIM)时间旋转内插(策略2), GIM投影函数改正(策略3)和半合改正模型(策略4).同时,选择不同太阳活动期,不同纬度的测站验证不同电离层改正方法的单频精密单点定位(single-frequency point positioning,SF-PPP)定位结果偏差.经过对比分析,得到如下结论：1)总体来说,半合改正模型得到的定位效果最佳,其次是使用GIM产品对电离层延迟进行改正,最后是广播电离层模型;2)在不同太阳活动跃期,不同策略在低纬度测站的定位偏差最大,其次是高纬度测站,中纬度测站的定位偏差最小;3)策略2和策略3在不同太阳活动期不同纬度测站的水平定位平差约0.150 m,三维定位偏差约0.700 m;策略4在不同太阳活动期不同纬度测站的水平定位偏差为0.100 m,三维定位偏差为0.500 m.     

单频精密单点定位中电离层延迟改正方法

在单频精密单点定位中,电离层延迟是降低定位精度的一个重要因素.本文利用基准站上的双频接收机测定每颗卫星运动轨迹通过电离层的部分,然后通过曲面拟合函数来对各个卫星轨迹通过的电离层建立模型,并对单频精密单点定位进行电离层延迟改正.实验分析表明,用该电离层延迟模型进行单频精密单点定位能够获得较好的精度要求,收敛速度得到了很大的提高.     

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。     

利用GPS研究电离层延迟及电子浓度变化规律

电离层是大气层的重要组成部分，电离层对GPS观测信号的折射影响，是GPS测量中最严重最棘手的误差源之一，精确修正电离层折射影响和反演电离层结构，一直是GPS研究和应用中的热点问题，一方面，为提高（特别是单频）GPS测量精度，需研究精确的电离层折射改正模型或其它有效方法；另一方面，利用各类GPS网络所拥有的大量高精度的GPS观测资料可有效提取电离层变化信息，深入了解电离层精细结构、变化规律及其对无线电信号干扰机制，实现对电离层灾害性突发事件的探测和预报，近年来，结合理论研究和实际应用的需要，我们在这领域作了以下几方面的工作：（1）研究如何利用单台双频CPS接收机的观测信息确定电离层延迟改正模型，为小范围的单频用户服务；（2）研究如何建立较大区域的电离层格网模型，进而初步设想利用中国地壳运动观测网络深入研究我国领域的电离层的电子浓度变化规律；（3）研究单频用户如何更好地利用电离层延迟改正信息；（4）研究如何利用GPS网络系统监测电离层的异常活动。