基于频域GPS信标提取电离层闪烁信息的方法

GPS(global positioning system)信标提取电离层闪烁信息的传统方法十分依赖于GPS硬件接收机对电离层闪烁信号的连续捕获和准确跟踪,而电离层闪烁发生特别是强闪烁情况下信号往往很弱,极易发生接收机的信号失锁,导致闪烁信息丢失的现象.针对这一问题,以构建软件GPS接收机为基本前提,提出一种基于快速傅里叶变换的频域处理方法用于计算电离层幅度闪烁指数.模拟计算结果表明:新方法计算得到的闪烁指数避免了系统误差,具有较高的精度.     

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。     

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。     

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.     

基于卡尔曼滤波的实时总电子含量周跳探测与修复

总电子含量(total electron content, TEC)作为描述电离层形态和内部结构的重要参量,对于电离层领域的理论研究和发展有着重要作用,而周跳的探测一直以来都是全球定位系统(global position system, GPS)载波相位测量数据预处理的重点和难点,尤其是在高精度GPS定位中,卡尔曼(Kalman)滤波在周跳探测与修复中的应用使得能够准确可靠地探测出观测值中可能出现的周跳,利用Kalman滤波算法探测不同的观测数据类型及其组合,并将修复后的观测值与理论值进行对比。结果表明:该算法对周跳探测和修复有很强的有效性和精度。     

超宽巷组合辅助电离层残差法北斗周跳探测与修复

根据北斗三频信号的特点及其组合观测值特性,详细阐述了一种新的非差观测值周跳探测与修复方法;该方法利用超宽巷组合(moulborne-wuebbena,M-W)组合观测值优点,对电离层残差法进行相应改进;并通过改进后的电离层残差法获取周跳的位置和大小。计算结果表明:该组合方法可以有效地探测和修复不同大小的周跳,而且适用于北斗三种不同类型卫星的信号处理,说明该算法具有较高精确性和可靠性。     

GPS非差数据周跳探测的TECR-MW综合法

针对电离层总电子含量变化率(TECR)方法和双频码相组合(MW)方法探测周跳各自的局限性,综合利用TECR法和MW法进行周跳探测。首先采用TECR法探测周跳,然后用MW法进行第2次探测,最后综合电离层TECR法和MW法的宽巷模糊度探测L₁频率和L₂频率上发生的周跳。这种综合探测法不受接收机与卫星间的几何距离、接收机钟差和卫星钟差、电离层折射的影响。采用实测数据进行试验,结果表明,综合利用TECR法与MW法探测GPS周跳比采用单一方法探测周跳更加有效、可靠。     

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.     

基于北斗三频组合观测值的精密定位算法研究

北斗卫星导航系统可通过观测3个频率组合信号的相位值来获得定位信息。利用三频组合产生的频率具有组合噪声小和电离层延迟小的优点,可以有效地减少单频测量过程中产生的误差。在介绍三频导航观测模型和定位原理的基础上,利用三频载波相位观测值进行周跳探测,分析了导致模糊度产生的原因以及解算模糊度的3种算法,通过仿真,验证了利用无几何无电离层模型可以有效地实现对多频组合模糊度的解算。     

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。     

三频无几何无电离层组合周跳探测与修复算法

为解决电离层活跃期的周跳探测问题,根据无几何无电离层组合特性,构造3个线性无关的三频伪距载波相位组合作为周跳检验量,并以相位电离层残差二阶差分值作为周跳修复验证量。通过对电离层活跃期内全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)三频观测数据进行处理,验证算法的可靠性和有效性。结果表明:算法可以有效地探测与修复在电离层活跃期内的三频周跳,并适用于三频实时动态的周跳处理。     

北斗三号卫星新信号数据质量分析

目前,北斗三号卫星导航系统(BDS-3)新增了互操作信号B1C和B2a,为保障BDS-3的定位精度,有必要对新信号的观测数据进行全面分析。文章选取2020年4月1日至10日共10 d 19个iGMAS跟踪站的观测数据,从数据完整率、信噪比、多路径效应、电离层延迟变化率等4个方面进行评价,并与GPS L1/L5和Galileo E1/E5a对比,对9颗BDS-3中圆地球轨道(Medium Earth Orbit, MEO)卫星的观测数据进行评估。结果表明:B2a在数据完整率、信噪比、多路径效应方面略优于B1C,但差距不大,B1C在抑制电离层延迟变化率方面优于B2a; BDS-3的B1C/B2a与GPS、Galileo的兼容频率基本处于同一水平,在信噪比、电离层延迟变化率等方面甚至优于L1/L5、E1/E5a。     

基于小波技术的GPS相位观测值周跳探测

该文根据小波变换对信号奇异性检测的原理对GPS相位观测值进行周跳的探测,将GPS相位观测值发生周跳处视作信号的奇异点,其小波变换后的系数具有模量极大值,通过对模量极大值点的检测确定周跳的位置,实验数据证明基于小波变换的周跳探测自动化程度较高,定位准确,由于形成双差过程中消除了一些相关误差的影响,其双差观测值的探测比单差观测值效果明显,而且周跳越大效果越好。     

小波在GPS相对定位中周跳探测的仿真分析

周跳的探测和修复是GPS相对定位数据处理过程中的一个重要组成部分,修复周跳首先要探测周跳。根据小波变换对信号奇异性检测的原理,对GPS相对定位中载波相位差分观测值进行周跳的探测,并结合实验数据进行计算机仿真分析。证明小波技术探测载波相位差分观测值中的周跳效果明显,其自动化程度较高、定位准确,在实际应用中具有很好的实用价值。     

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。     

基于递推最小二乘平方差的GPS精密单点定位精度研究

对传统GPS单点定位、差分GPS定位和GPS精密单点定位进行了比较。建立了GPS精密单点定位无电离层组合的数学模型。建立了递推最小二乘平差进行参数估算的数学模型,并利用该方法进行相位平滑伪距处理。分析了该方法对伪距观测误差的影响。利用bernese软件和据此编制的程序,并利用IGS跟踪站的观测数据进行了接收机三维坐标的解算。将IGS观测值坐标作为真值,解算值和真值之间的偏差作为定位误差。仿真结果表明,经过递推最小二乘伪距平滑处理后,精密单点定位的误差在北方向、东方向、高度方向上都小于0.02 m。     

地磁静日北半球电离层电子密度的反演

利用北半球IGS观测站提供的150个GPS观测资料,结合三维电离层层析方法,反演了平静日下北半球上空电离层电子密度的变化特征.结果表明:整个研究区域电子密度在不同纬度和不同高度上存在明显的日变特征,在0°经度剖面上,电子密度最大值出现在世界时13-15时,随着时间推移,峰值幅度衰减;在北纬20°附近,世界时11～ 13时电子密度出现双峰值;北纬50°～80°范围,电子密度无大的起伏;反演结果说明了电离层三维层析技术为监测电离层时空结构提供了一种强有力的实验支持.     

顾及强电离层活动的三频周跳探测与修复算法

高效精确的周跳探测与修复算法是实现高精度导航定位的前提条件。鉴于常规算法易受到电离层影响,本文利用一个三频无几何无电离层码相组合和两个无几何相位组合构建周跳检验量,该周跳检验量能够有效地强电离层活动对周跳探测的影响。通过三频GNSS实测数据对本文算法的正确性和有效性进行验证,计算结果表明本文算法能够在强电离层活动下正确地实现周跳的探测与修复。     

基于多观测方程融合的北斗卫星周跳探测方法

列车在利用北斗卫星载波相位高精度定位时,载波相位数据需要进行周跳的探测与修复.由于载波观测方程受接收机钟差、电离层延迟、对流层延迟和多路径等误差的影响,对一个观测方程使用卡尔曼滤波法探测周跳有其局限性.本文提出多观测方程融合法探测周跳,利用自适应卡尔曼滤波对多观测方程分别进行探测,得到相应的探测结果和协方差矩阵,并通过加权最小二乘法进行融合,求得最优的周跳结果.经实测数据计算,本文提出的方法能够判别北斗卫星的钟跳和周跳,同时具有减小误差影响,提高特殊组合情况下的周跳探测能力,且探测精度高.     

基于分区综合改正数的北斗卫星导航系统和GPS组合的动态精密单点定位

提出一种基于分区综合改正数的北斗卫星导航系统(BDS)和GPS双系统组合(BDS/GPS)动态精密单点定位(PPP)模型。选取15个MGEX(multi-GNSS experiment)测站作为参考站或用户站进行试验,统计分析了20 d的BDS/GPS动态精密单点定位的精度及收敛性。结果表明,BDS双频动态精密单点定位平均13 min收敛至三维定位误差小于1m,平均平面精度和平均高程精度分别优于0.15 m和0.30 m;BDS/GPS双频动态精密单点定位平均3 min收敛至三维定位误差小于1 m,平均平面精度和平均高程精度分别优于0.07 m和0.15 m。