基于GNSS的电离层模型研究进展

在利用全球导航卫星系统GNSS进行精密定位和导航时,电离层延迟误差是影响其精度和准确度的主要误差源之一,故对电离层模型研究至关重要。本文将电离层模型分成了经典电离层模型和现代电离层模型,并对经典电离层模型进行了比较,重点介绍了目前全世界电离层模型的研究热点、存在问题及研究方向。     

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。     

电离层闪烁对GNSS接收机性能影响比较分析

电离层闪烁是引起GNSS接收机性能降低甚至失锁的重要环境干扰因素。利用实测数据,比较分析了不同电离层闪烁活动强度下,不同GNSS系统（BD和GPS）接收机的定位性能。结果表明：电离层闪烁较弱时（S4〈0．3）,两种接收机均可以实现基本的定位功能;电离层闪烁较强（S4〉0.7）,且持续时间较长时,不同GNSS接收机将出现定位结果的抖动、跳变或失去定位能力;GNSS接收机应对电离层闪烁影响的能力与接收机设计相关。研究结果可作为抗闪烁接收机开发或闪烁影响分级的参考。     

GNSS电离层层析及震前电离层异常研究

电离层作为日地空间环境的重要组成部分,与人类的生存息息相关。利用现代科技手段,进行日地空间特别是地球空间的探测,掌握电离层的基本结构和变化规律,不仅有利于提高导航、定位、授时、测速和通信等系统的精度,而且通过对全球性的电离层扰动及不规则变化的发生机理的研究,可以解释甚至预报一些极端地学事件。GPS等卫星导航系统的出现,使得大范围连续高精度的电离层监测成为可能,实现了电离层研究跨越式的     

地基GNSS电离层层析方法及应用

随着GALILEO、GLONASS和BDS等系统的快速发展,全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satellite System)为电离层层析技术的应用带来大量的观测数据,可弥补单星座条件下地面观测站点少和观测视角有限等不足。本文利用多星座GNSS的观测数据,通过融合定权的方式,提出一种基于地基GNSS的电离层层析方法,求解出高精度的电离层电子含量值。利用该方法反演出欧洲区域上空的电子密度。实验结果表明,多星座GNSS反演的精度要优于使用单GPS数据的结果。并将该方法应用到磁暴探测中,与垂测仪的观测结果进行比较,验证了多星座GNSS电离层层析方法的可行性和优越性。     

电离层闪烁对全球导航卫星系统（GNSS）的定位影响分析

电离层闪烁是影响卫星导航系统定位性能的重要因素之一,中国南方区域是全球电离层闪烁多发区之一,开展电离层闪烁对卫星导航系统性能的影响研究具有重要意义。利用中国区域的电离层闪烁数据和GPS测量数据,对电离层闪烁情况下的用户定位性能进行了比较分析,发现电离层闪烁将引起用户定位误差的普遍增大,严重时可能出现定位异常,电离层闪烁对不同的定位应用方式具有不同程度的影响,电离层闪烁对卫星导航系统的多种影响是卫星导航系统的重要威胁之一。     

电离层闪烁对GNSS的影响

电离层闪烁是影响卫星导航系统定位性能的重要因素之一。电离层闪烁可造成GNSS载噪比降低,测量误差增大,载波周跳次数增多,电离层修正精度降低,定位用精度因子变大等影响。中国南方区域是全球电离层闪烁多发区之一,电离层闪烁影响的时空范围和程度较大,是我国卫星导航应用应关注的问题。针对电离层闪烁影响,提出了我国卫星导航系统应用中可行的针对性减缓措施。     

电离层层析VTEC投影函数模型

目前通用的电离层投影函数在电离层垂直总电子含量(VTEC)向倾斜总电子含量(STEC)转换的过程中仅考虑高度角的影响,未考虑方位角的影响。针对此问题提出了一种基于电离层层析技术的新模型。该模型通过分析电离层电子密度分布的特点,对电子密度进行合理分层;并利用各层电子含量所占总电子含量比例确定权值。通过对穿刺射线的STEC进行分段计算,并对每段电子含量与对应权的乘积求和来确定最终的STEC值。最后,将新方法和传统方法得到的STEC值分别与"STEC真值"进行比较,验证了新算法的精度和可靠性。     

附加虚拟信号精化水汽层析模型的方法

在全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）水汽层析中,受卫星星座和接收机几何分布的影响,穿过层析区域的射线条数有限。针对该问题,设计并实现了一种附加虚拟倾斜路径信号精化水汽层析模型的方法,该方法能够增加穿过研究区域的射线条数和射线穿过的网格数,使层析结果更加逼近真值。利用香港卫星定位参考站网2015年5月共31 d的GPS网实测数据和气象数据进行实验,并结合无线电探空数据验证该方法的可行性及精度。结果表明,该方法能够提高层析结果的精度,与传统层析方法相比,该方法在均方根（root mean square,RMS）、水汽密度廓线和误差分布上均优于传统方法。     

1Hz GNSS电离层相位闪烁因子提取及在北极区域的验证

电离层闪烁作为北极区域频发的一种天文灾害,会影响全球导航卫星系统(GNSS)时空服务,需对其进行有效的监测.监测电离层闪烁通常需要高采样频率(50 Hz)的电离层闪烁接收机,但其分布有限,难以提供较大区域(如北极区域)的全面监测.为此本文以1 Hz GNSS观测数据为基础,详细研究了利用大地测量趋势分离、精密单点定位和...     

太阳风暴对全球导航卫星系统的影响分析

太阳风暴将对北斗卫星导航系统的正常运行产生影响。对即将到来的第24个太阳活动高年期间,北斗系统可能受到的影响进行了分析。电离层延迟误差将使北斗系统用户定位精度进一步降低。电离层闪烁发生更为频繁,对北斗系统性能产生影响,闪烁严重时用户甚至失去定位功能。太阳风暴引起的电离层扰动,如电离层暴,也将对北斗系统性能产生影响。针对北斗系统建设,提出了应采用的应对措施。     

GNSS约束的MERSI/FY-3A PWV校准方法EI北大核心CSCD

精确的水汽信息对于短临天气预警和长期气候监测具有重要意义。本文针对搭载在我国第2代极轨卫星风云三号A星(FY-3A)上中分辨率光谱成像仪(medium-resolution spectral imager,MERSI)获取水汽精度较低的现状,提出一种GNSS约束的MERSI/FY-3A PWV校准方法。首先,对MERSI/FY-3A的PWV段产品进行处理得到水汽日产品,并利用GNSS和无线电探空(radiosonde,RS)数据对其进行评估;然后,根据PWV的季节分布特性,构建GNSS约束的MERSI/FY-3A PWV季节自适应校准模型;最后,分别利用GNSS、RS和再分析资料对校准后的MERSI/FY-3A水汽进行对比,验证提出方法的有效性。研究表明:本文提出的PWV校准方法,能够有效改善MERSI/FY-3A水汽日产品和旬产品的精度,改善率分别为58.63%和68.72%。该方法可为遥感水汽快速校准研究提供重要的理论依据。     

面向多接收模式的GNSS互操作信号调制

针对互操作信号在性能与处理复杂度上平衡点不唯一的特点,提出了一种非匹配接收模式下的信号性能评估方法,在此基础上为北斗二期B1频点互操作信号提出了4种参考调制方案,并从综合接收性能的角度给出了一种优选方案。与国际上现有的互操作信号调制方案相比,本文提出的优选方案可获得最小的解调损失以及最佳的跟踪性能,在处理方式灵活性方面具有其独特的优势,可以作为我国自主GNSS信号体制设计和优化的一种可行的参考方案。     

组合GNSS系统定位数据质量与精度比较分析

本文对组合GNSS系统进行静态相对定位测量与RTK测量试验,研究结果表明:在静态相对定位测量中,BDS的数据利用率、多路径效应误差优于GPS与GLONASS,BDS的定位精度优于GLONASS略低于GPS;组合系统中GPS/BDS与GPS/BDS/GLONASS的定位精度较优,引入GLONASS对定位精度改善的作用不明显。在RTK测量中,当观测条件理想时,GPS/BDS较GPS可见卫星数目多,PDOP值低,中误差小。当观测条件较差时,GPS/BDS较GPS可见卫星数目多,PDOP平均值低,中误差小,限差内固定解获得时间减少76.1%;GPS/BDS/GLONASS较GPS/BDS在中误差、水平精度和垂直精度上更优,限差内固定解获得时间更稳定可靠。     

GNSS/INS多传感器组合高速铁路轨道测量系统

高速铁路轨道必须保持高平顺性、高稳定性和高可靠性,这直接关系到高速列车高速、安全且平稳运行。高速铁路轨道测量至少包括控制测量、线路测量和变形测量等工作。传统高速铁路轨道测量方法存在测量周期长、维护成本高、检测效率低等问题。为此,本文提出了一种基于全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)/惯性导航系统(inertial navigation system,INS)多传感器组合的高速铁路轨道测量方法,并研制了相应的轨道测量系统。本文详细介绍了其主要构成和方法流程,并在实际高速铁路轨道精调工程中进行了应用示范。结果表明:该系统实现了轨道路基变形监测和高速铁路轨道不平顺绝对测量与相对测量的一体化,其轨道横向偏差精度2 mm、垂向偏差精度2 mm,变形点水平方向精度1 mm、垂直方向精度1.5 mm,显著提高了测量效率。     

联合LMD与EMD的GNSS站坐标时间序列去噪方法

针对GNSS站坐标时间序列信噪不易分离的问题,在传统EMD去噪方法的基础上,本文提出了一种联合LMD与EMD的坐标时间序列去噪方法。该方法首先采用LMD分解原始坐标时间序列,基于连续均方误差（CMSE）原则分离高频噪声与低频信号,保持低频分量不变;然后对高频分量进行EMD去噪;最后以2次分解所得低频信号之和作为去噪后时间序列。以仿真数据与8个GNSS基准站实测数据进行试验,通过多种评价指标进行精度评估。结果表明,与传统EMD方法相比,联合LMD与EMD的方法能够更加精确地去除坐标时间序列中的噪声。     

GNSS软件接收机中信号捕获新算法

利用频域圆周移位与时域载波剥离等价的原理,提出了一种新的捕获算法。通过对输入信号频谱序列的圆周移位操作,代替在不同载波Doppler搜索单元下对输入信号的重复性的载波剥离和FFT操作,在码相位和多普勒单元的二维搜索过程中,只需对输入信号进行一次FFT操作。新算法有效地缩短了捕获时间,且不影响捕获概率和捕获精度。实验结果证明,该算法可以正确地完成信号捕获,并节省了近50%的捕获时间。     

在中国构建全球导航卫星连续运行站网及其服务系统

全球导航卫星连续运行站系统可以维持相应地区的高精度、三维、地心、动态坐标框架,提供集约化的定位和导航服务,成为当前国际和国内发展迅速的一项基础设施建设。该系统可以广泛服务于国家大地基准、气象、地球动力学、地学灾害监测以及位置服务等领域。介绍了全球导航卫星系统连续运行站在国内建设的现状。提出了发展我国全球导航卫星系统连续运行站系统当前存在的三个方面的问题。对在中国构建国家级GNSSCORS系统的目的、原则和方案等方面进行了讨论。     

北斗卫星导航系统Klobuchar模型精度评估

目的 目前,我国北斗卫星导航系统已完成星座区域组网,系统每2h提供一组电离层延迟 Klobuchar模型参数。利用欧洲定轨中心(CODE)的高精度电离层格网数据作为参考,对北斗卫星导航系统电离层参数性能进行了精度评估分析,并进行了定位分析。数据表明,其修正精度一般在70%以上,北半球的修正误差在1.5m 左右,而南半球的修正误差在3.5m 左右;在北半球中纬度地区的修正精度比高纬度、低纬度地区高;北斗单频伪距定位采用北斗 Klobuchar模型在平面上的精度为3m 左右,高程上为7m 左右,与采用 GPS的 Klo-buchar模型相比较,定位精度提高了约10%,高程方向尤为明显。