电离层对GPS测量的影响

GPS作为一种无线电导航系统,受到很多误差源的影响,即:卫星轨道误差、卫星钟差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、多路径误差、接收机钟差和测量噪声等误差。其中,自从SA(Selected Availability)于2000年5月1日取消以后,电离层误差是最大的一项误差。电离层延迟对GPS定位的影响结果,主要体现在定位精度的降低和定位方法的限制等方面。电离层使接收到的GPS信号产生延迟,从几米到百米以上。如果不考虑这种影响,就会严重降低GPS定位和授时的精度。因此,电离层误差是GPS测量中的主要误差源,必须加以改正。本文介绍了电离层对GPS定位的影响,包括码群延迟(即绝对测距误差)、载波相位超前(即相对测距误差)、多普勒时延(即距速误差)以及信号衰减(即振幅闪烁),并论述了影响电离层密度的因素。     

一种实时双频电离层修正方法

电离层延迟是影响GPS绝对定位的重要因素。比较常用的电离层延迟修正方法有模型方法和双频方法。模型方法和使用双频码伪距的方法精度有限。使用双频载波相位进行电离层延迟计算需要求解整周模糊度,计算复杂。本文提出了一种同时使用GPS双频码和载波观测量进行电离层误差修正的方法。使用卫星信号模拟器生成信号并用接收机实时接收,用此方法计算出电离层延迟值,并与真值进行比较,计算误差为厘米级。最后,接收真实卫星信号并计算了真实电离层延迟,并与使用Klobuchar模型方法计算出的电离层延迟进行了比较。     

利用精密星历进行伪距单点定位的精度研究

本文首先给出了GPS伪距单点定位的几种主要误差的改正模型:电离层延迟、对流层延迟、地球自转改正、相对论效应改正等,然后采用双频伪距改正电离层延迟影响并利用IGS精密星历,通过算例来分析双频P码伪距单点定位的精度。     

地面GPS双频非差观测值仿真

本文在系统研究GPS观测模型和各项误差模型的基础上,建立了地面GPS双频非差观测模型,设计了一套较完整的计算仿真程序。误差模型包括钟差、电离层延迟、对流层延迟、相对论效应、地球固体潮等,反映了测量环境条件。根据具体要求可在观测值中添加粗差和周跳,为利用GPS观测值探讨定位方案设计、周跳和粗差探测等问题提供了验证平台。最后,本文利用BERNESE定位软件给出了电离层延迟和对流层延迟分别对单点定位精度影响的实例,实验证明仿真结果与实际情况符合较好。     

基于GPS的双频电离层修正算法研究

电离层延迟是影响GPS卫星导航的重要误差源之一,为了有效消除该误差的影响,需要选择适当的电离层延迟修正的方法。本文在分析各修正方法优缺点的基础上,设计了一种利用双频点伪距及载波相位观测量来消除观测路径上的电离层延迟量方法,并在修正的过程中加入了检测和修复周跳的算法,提高了该方法的精度。     

BD星基增强系统格网电离层延迟算法的研究

随着北斗卫星导航系统的发展日益成熟,开发基于北斗的星基增强系统已刻不容缓,而电离层误差是影响星基增强系统定位精度的重要误差源。利用中国大陆构造环境监测网络的10个GNSS参考站在2016年3月20日的观测数据,验证了基于北斗导航系统的星基增强系统格网电离层修正算法在中国地区部分站点的修正精度,与Klobuchar模型修正法进行了对比,并检验了格网电离层垂直延迟的修正误差GIVE。结果表明,格网电离层修正算法的修正精度普遍优于Klobuchar模型修正法;修正误差也在正常范围内,进一步说明格网电离层延迟算法在中国地区的应用是可行的。     

GPS观测误差及其相应的处理方法研究

GPS测量含有多种误差,根据误差的来源可将其分为三类：与GPS卫星有关的误差;与信号传播有关的误差;与接收机有关的误差。根据误差的性质,这些误差又可分为系统误差和随机误差两类。系统性的误差主要包括：卫星轨道误差、卫星钟差、电离层延迟、对流层延迟、接收机钟差和接收机位置误差。随机误差主要包括多路径效应误差和接收机噪声。     

GPS对流层延迟的历元间差分分析

GPS(Global Positioning System)观测难免受到各种因素的影响,虽然可以通过不同观测组合和改正模型予以消弱,但总有一定的残留误差对定位结果产生影响.基于精密单点定位理论,通过无电离层组合模型、高精度GPS卫星轨道、卫星钟差来削弱电离层延迟误差、轨道误差的影响,以不同采样间隔的观测数据,分析对流层延迟历元间差分结果的特性;分析不同采样间隔观测中,对流层延迟历元间差分值的变化,对流层延迟对历元间差分观测值的影响;残留误差对历元间差分结果、组合观测值的影响;残留误差在时间序列上的变化.     

GPS接收机的定位误差分析

基于Superstar Ⅱ GPS接收机和MATLAB实验平台,实现了所有星座误差及信道误差的修正.重点分析了卫星钟差、电离层误差、对流层误差、地球自转效应等误差及修正方法.参照IGS精密星历,利用Klobuchar模型,电离层误差修正掉约14 m;利用高度角模型,对流层误差平均修正掉4.05 m;地球旋转效应误差最大修正掉约30 m;卫星钟差修正后不超过3.1 m.实验结果最终定位精度17 m,验证了误差修正方法的正确性,为今后进行的GPS接收机研制工作积累了经验.     

基于单站GPS数据的GPS系统硬件延迟估算方法及结果比较

从GPS数据中解算电离层TEC的最大误差源是硬件延迟。作者介绍了两种解算电离层TEC和硬件延迟的方法。利用单站的GPS双频数据,计算了2004年电离层TEC和硬件延迟,对两种方法得到的硬件延迟进行了比较,并且和欧洲定轨中心的公布结果进行了对比,同时分析了不同纬度台站数据解算硬件延迟的误差特点。结果表明:这两种方法均可以解算TEC和硬件延迟,结果是可靠的。解算的硬件延迟的标准偏差与观测站的纬度有关,在中国区域,纬度越低,估算的硬件延迟偏差越大,对这一情况进行了分析。     

电离层延迟对GRACE-FO卫星KBR观测数据的影响

由于GRACE-FO卫星的K波段星间精密测距载荷工作时受到电离层影响,导致星间距离数据不可避免地含有电离层延迟误差,影响重力场反演精度．为深入分析电离层延迟效应对星间距离变化率及重力场反演的影响,利用2019年1月的GRACE-FO卫星Level-1A级数据自主实现KBR1B产品预处理过程,分别解算不考虑电离层延迟的K/Ka单频星间距离和双频消电离层延迟的星间距离,并导出星间距离变化率,解算了60阶次的重力场模型,结果分析表明:不进行电离层延迟改正得到的星间距离变化率和K波段测距系统(KBR)双频测距消除电离层延迟的星间距离变化率的差异约为2.0×10^-5m/s,不满足星间距离变化率的精度要求,影响重力场模型尤其是中高阶位系数的解算精度,且随着阶次的增加影响越大;此外自主处理的星间距离结果与美国喷气动力实验室提供的结果精度相当．     

一种GPS/BDS多频单站电离层模型与卫星DCB精化方法

电离层误差与卫星DCB是精密定位中的重要误差源,对于局域增强系统,常规方法是利用单个基准站对这些误差进行精密修正。从GPS/BDS的局域增强应用实际出发,讨论了建立GPS/BDS多频单站电离层模型与解算卫星BCB的方法,并利用乌鲁木齐iGMAS监测站验证了该方法的有效性。结果表明,该方法建立的局域电离层模型,与CODE全球电离层格网模型的误差可控制在3.5TECU以内,GPS卫星DCB与CODE发布值可控制在0.5ns以内;BDS卫星DCB与IGG发布值可控制在1.7ns以内,GPS的BCB稳定性比BDS略好;IGSO卫星DCB稳定性优于MEO与GEO卫星。     

GBAS中相位平滑伪距差分修正改进算法

针对卫星导航精度问题,提出一种载波相位平滑伪距差分修正算法的改进方案.通过无码载偏离平滑滤波技术来解决电离层对伪距和载波相位观测值带来的不一致性导致的电离层误差加剧问题.利用信号传播中误差模型预测值、载波信号和码伪距确定滤波器的衰减因子,把接收到的双频载波信号相位值和伪距值线性组合,输入滤波器滤波.同时用卫星修正信息对平滑伪距值中钟差进行修正.仿真结果表明通过该算法能够减少滤波后的信号残差,提高载波相位平滑伪距差分修正值标准差的可用性,减少电离层误差对星基导航精密进近阶段定位精度的影响.     

基于单站GPS数据的GPS系统硬件延迟估算方法及结果比较

从GPS数据中解算电离层总电子含量(TEC)的最大误差源是硬件延迟。作者介绍了两种解算电离层TEC和硬件延迟的方法。利用单站的GPS双频数据,计算了2004年电离层TEC和硬件延迟,对两种方法得到的硬件延迟进行了比较,并且和欧洲定轨中心的公布结果进行了对比,同时分析了不同纬度台站数据解算硬件延迟的误差特点。结果表明：这两种方法均可以解算TEC和硬件延迟,结果是可靠的。解算的硬件延迟的标准偏差与观测站的纬度有关,在中国区域,纬度越低,估算的硬件延迟偏差越大,对这一情况进行了分析。     

我国中低纬地区GPS定位中的电离层二阶项延迟影响分析与研究

基于消除电离层一阶项延迟的双频载波相位Lc线性组合观测量,利用中国地壳运动观测网络以及国际IGS（International GNSS Service）提供的6个跟踪站连续15天的观测数据,初步分析和研究了电离层二阶项延迟对我国中低纬地区全球定位系统（Global Positioning System,GPS）定位结果的影响.研究结果表明,在电离层二阶项延迟影响下,我国中低纬地区GPS定位结果呈普遍规律性南移的现象,且各地区南偏趋势差异甚微.     

单站VTEC模型的建立研究

影响电离层的因素很多,许多因素又带有较大的随机性,而我们对各因素之间的相互关系,变化规律和内部机制尚未完全搞清。依据某一时段,某一小区域内实际测定的电离层延迟采用数学方法拟合出一个模型,不需要对电离层变化规律有透彻了解,一些时间尺度较长的不规则变化已经在模型中得到了反映。因此,采用这种模型,精度可大幅度提到。建立这种模型常用的有单基准站法和多基准站法。本文通过单基准站的高精度双频GPS观测数据,采用曲面拟合模型,建立小区域电离层模型,将该模型简称为单站VTEC模型。     

BD星基增强系统格网电离层延迟算法

随着北斗卫星导航系统的发展日益成熟,开发基于北斗的星基增强系统已刻不容缓,而电离层误差是影响星基增强系统定位精度的重要误差源。利用中国大陆构造环境监测网络的10个GNSS参考站在2016年3月20日的观测数据,验证了基于北斗导航系统的星基增强系统格网电离层修正算法在中国地区部分站点的修正精度,与Klobuchar模型修正法进行了对比,并检验了格网电离层垂直延迟的修正误差GIVE。结果表明,格网电离层修正算法的修正精度普遍优于Klobuchar模型修正法;修正误差也在正常范围内,进一步说明格网电离层延迟算法在中国地区的应用是可行的。     

GPS单星单历元模糊度与电离层延迟分类解算

整周模糊度与电离层延迟是GPS观测方程中两类不同性质的未知参数。基于参数分类解算的思想,结合平方根信息滤波/平滑的基本原理,推导出使用单颗GPS卫星的双频观测数据单历元求解电离层延迟与整周模糊度的公式。通过使用模拟数据实验获得的结果来看,该方法有效,整周模糊度和电离层延迟解算精度可达0.3周和0.02m。     

江苏省区域电离层模型的建立和精度分析

利用江苏省连续运行卫星定位参考站综合服务系统的双频GPS载波相位观测数据,分别采用曲面拟合法、神经网络方法建立区域电离层模型,并详细分析不同模型的精度.计算结果表明,当基准站间距为200～300 km时,曲面拟合模型的平均外符合精度为0.21 m,神经网络电离层模型的平均外符合精度为0.06 m;基于神经网络电离层模型的单频GPS精密单点定位4 h静态时段解可以达到cm级精度.     

北斗二号/三号融合的分米级星基增强算法与性能分析

北斗卫星导航系统星基增强服务通过地球静止卫星向用户播发等效钟差、轨道改正数、电离层格网改正数和分区综合改正数等四重广域差分改正数,用户在此基础上利用载波相位观测值实现实时分米级的定位性能.本文介绍了分米级星基增强服务的参数匹配算法以及单频、双频用户精密定位模型.将系统播发的四重差分改正数应用于北斗二号与三号融合的精密单点定位,分析了不同频点及定位模型的系统精密定位服务性能.18个测站7 d的结果表明:北斗二号/三号融合的星基增强服务双频组合动态精密单点定位平均12.42 min收敛至0.5 m以内,收敛后的平均定位精度为平面0.15 m,高程0.2 m;相比仅使用北斗二号系统,不同定位模型收敛时间平均缩短了56.7%;而基于非差非组合的分区定位收敛速度更快,并且能达到与无电离层组合模型相同的精度水平.使用北斗电离层格网信息改正的单频动态定位PPP平均11.74 min收敛至0.8 m以内,收敛后的平均定位精度为平面0.2 m,高程0.3 m;相比使用广播星历电离层模型改正的结果,静态和动态定位平均收敛时间分别缩减了21.4%和25.2%.