电离层对GPS测量影响的理论与实践研究

随着GPS的发展与应用,对GPS误差源的研究更加精细、更加科学．电离层折射是GPS测量的主要误差之一,对此国内外通用的处理方法是用大气传播理论来建立电离层修正模型．文中就电离层影响进行研究,目的是建立电离层修正更为有效的方法．主要探讨了电离层对GPS测量影响的基本理论,系统地研究了双频观测值建立电离层延迟模型的理论和方法,并结合GPS双频观测值建立了单站VTEC模型．     

GPS信号对流层天顶延迟改进模型研究

为了减弱对流层对GPS静态定位的影响,针对两种不同高度,利用一种改进的线性模型和指数模型建立了新的对流层天顶延迟模型,并利用九江地区地壳变形监测站的实测数据验证了其工程实用性.     

GPS电离层改正模型的评价

讨论了单频接收机的电离层延迟的改正和有关电离层的概况及对GPS信号的影响．对电离层的物理概况作了归纳，并就GPS信号在电离层的传播及其影响进行了探讨，总结了几种电离层延迟改正模型．最后集中讨论了克罗布歇的模型构建及其解算，对模型的优缺点进行了总结，并对电离层延迟改正模型作了评价与展望．     

利用Klobuchar模型和载波平滑伪距观测值模型分析电离层变化

在GPS测量中,电离层延迟是一个比较重要的误差来源.对于单频接收机,由广播星历中提供Klobuchar模型参数进行电离层延迟改正;对于双频接收机,采用载波平滑伪距观测值计算电离层延迟改正.利用深圳市连续运行卫星定位参考站系统的双频观测数据,分别用Klobuchar模型和载波平滑伪距观测值两种方法计算深圳市5个CORS站上的电离层延迟值,对两种模型计算的电离层延迟值进行比较,分析深圳市电离层延迟的周日变化规律.     

基于双频数据组合的可见星电离层延迟研究

电离层延迟是引起卫星定位误差的主要因素之一,为了有效消除该误差的影响,提出一种基于可见卫星双频数据几何无关组合解算电离层延迟的方法。用卫星双频伪码和载波观测量的差分组合对可见卫星进行电离层延迟建模,然后将组合变换为原始观测量的线性形式进行差分解算,最后演化成对观测量的几何无关组合修正电离层延迟。仿真实验得到某一时间段可见卫星的坐标轨迹、电离层延迟以及模型误差。将各种模型的延迟和误差进行比较,结果发现该方法可不同程度有效修正电离层延迟。     

电波环境水平不均匀性对雷达探测精度影响研究

电波折射成为影响雷达等测控设备探测精度的最重要误差源.根据雷达高精度探测的需要,利用MM5、NeQuick模型分别仿真分析了对流层、电离层区域电波环境水平不均匀性,并重点研究了电波环境水平不均匀性对折射误差修正精度的影响.研究结果表明:对于工作频率1.0 GHz或更低频段雷达而言,对流层水平不均匀性对折射误差修正精度影响相对较小,而电离层水平不均匀性显著,对折射误差修正及雷达探测精度影响较大.特别是对于UHF或更低频段雷达,对流层水平不均匀性影响可忽略不计,而电离层水平不均匀性影响更大,需重点考虑并予以修正.本文研究结果对不同工作频率的雷达的大气折射误差修正的论证、设计及研制具有较强的参考和支撑作用.     

GPS精密定位数据分析和大气建模回顾与展望

归纳了用于GPS数据分析的大气建模方法。由于大气分布不均和不断的变化,尤其是大气中的水汽影响,使建立无线电信号路径延迟的精确模型在GPS高精度定位中非常必要。目前的路径延迟模型是参数估计及外部修正法。建议应用数值天气预报及其分析模型,以及空间探测仪器取代映射函数直接完成静水力学路径延迟修正。Raman激光雷达可用在各种天气条件下,作更精确的湿路径延迟的外部修正,其校准可用混合GPS数据分析法解决。     

GPS精密定位数据分析和大气建模回顾与展望

归纳了用于GPS数据分析的大气建模方法。由于大气分布不均和不断的变化，尤其是大气中的水汽影响，使建立无线电信号路径延迟的精确模型在GPS高精度定位中非常必要。目前的路径延迟模型是参数估计及外部修正法。建议应用数值天气预报及其分析模型，以及空间探测仪器取代映射函数直接完成静水力学路径延迟修正。Raman激光雷达可用在各种天气条件下，作更精确的湿路径延迟的外部修正，其校准可用混合GPS数据分析法解决。     

提高GPS长基线解算精度的探讨

随着GPS（Global Positioning System）定位技术应用的不断扩展,各地陆续建立GPS连续运行参考站,而参考站的分布稀疏、GPS基线较长,定位精度受到各种误差的影响。其中与距离有关的误差,尤其是对流层延迟使定位精度降低。为了满足GPS高精度定位的需要,文中利用普通克利金（Kriging）内插法精确确定了对流层延迟,通过消弱此影响来提高GPS长基线解算的精度,并通过实例证实了GPS定位精度的提高。     

几种VTEC模型提取的GPS硬件组合延迟偏差比较

介绍GPS硬件组合延迟偏差概念及几种电离层竖向总电子含量VTEC模型,基于哈尔滨市连续运行参考站CORS网络的GPS双频观测数据进行建模,研究结果表明：不同模型的建模效果及提取的硬件组合延迟偏差存在差异;随着模型阶数的增加,拟合残差减小,则提取的GPS硬件延迟偏差较干净,建模效果较好;不同基站的模型提取的GPS硬件延迟偏差具有不同的稳定性和较大的差异,有待进一步研究.     

GNSS导航定位中电离层延迟改正方法

GNSS导航定位中电离层延迟是一个主要的误差来源,严重影响着导航定位的精度.因此需寻找一个恰当的电离层延迟改正模型,以削弱电离层误差带来的影响,提高定位精度.详细分析比较了目前常用的几种电离层改正方法,为不同需求用户提供参考.结果表明,基于IRI和Geogiadiou模型的电离层延迟改正结果均在60%以上,而Klobuchar模型在理想情况下可改正掉75%左右的电离层影响.在基于参考站电离层改正方法的几种内插模型中,LIM与LCM精度较高.     

单站地基非差GPS测量对流层天顶延迟

目前常用的测量天顶延迟的差分GPS技术具有效率低、成本高、可移动性差等缺点,而非差GPS技术可以克服差分GPS的缺陷．采用新的基于卫星仰角的余弦函数随机模型,利用非差码伪距精密单点定位方法估算了上海地区的对流层天顶延迟．通过把估算结果与探空观测和GIPSY软件的估算结果相比,显示大小都在同一个量级,趋势是一致的,而且均值相差和均方根误差都在厘米量级．表明单站地基非差GPS测量天顶延迟是可行的,并且其精度与GIPSY软件的精度相当．     

基于ARIMA 误差修正预测的Klobuchar 模型精化

为了提高目前传统Klobuchar 模型电离层延迟改正精度仅有50%~60%的修正率的现状, 提出一种基于ARIMA 误差修正预测的精化方法。 采用IGS 中心提供的电离层观测数据, 利用双频改正模型解算的电离层VTEC 值作为参考值, 使用ARIMA 模型对每个历元前8 天Klobuchar 模型和参考值之间的偏差值进行2 天的短期预测, 对Klobuchar 模型加以偏差预测改正数进行改进。 采用算例将参考值检验改进的A-Klobuchar模型的预报精度与Klobuchar 模型的预报精度进行对比, 结果表明: 改进后的A-Klobuchar 模型的精度明显高于Klobuchar 模型, 其总体预报精度达到了77. 17%, 能更显著地反映出电离层的周日变化特性。     

基于GNSS的空间环境参数反演平台及精度评估

基于全球和区域全球导航卫星系统(GNSS)参考站网进行对流层和电离层参数反演实现空间环境变化监测具有成本低、精度高、实时性好等优点,得到了广泛应用.本文基于南京信息工程大学的北斗/GNSS空间环境监测平台Xsensing,以国际GNSS服务组织提供的对流层产品为参考,评估了不同气象条件下对流层参数反演精度,在此基础上采用固定非差模糊度的精密单点定位技术(PPP)实现高精度电离层参数反演.实验结果表明,基于全球参考站的对流层估计误差偏差为0.05 mm,对应的标准差为5.6 mm,在平稳和剧烈的气象条件下均能反映水汽变化趋势特征.基于短基线进行电离层延迟反演精度评估,结果表明浮点解PPP反演电离层延迟误差的平均偏差为-0.09 TECU,精度为0.38 TECU,采用非差模糊度固定技术对电离层延迟提取精度提高达84.2%;静态模拟动态解算模式下电离层估计精度与静态相当.上述结果表明该平台可实现高精度空间环境参数反演,下一步将融合机载、船载等多种平台观测实现中小尺度空间变化监测.     

S波段雷达探测中的高精度电波折射误差修正方法

为提高S波段雷达探测精度,首先分析了对流层和电离层等电波环境对S波段雷达探测精度的影响,得出电波环境对信号产生的折射误差是影响雷达探测精度的主要误差源;然后利用射线描迹法,给出了对流层和电离层折射参数实时高精度遥感和探测方法,以实现S波段雷达全方位、多目标折射误差修正;最后对利用该方法研制的某型电波折射修正设备进行了验证.外场试验结果表明,该设备可实现对流层、电离层一体化实时高精度感知,可有效消除电波环境引起的距离和仰角折射误差,提高雷达探测精度.     

区域单频GNSS用户经验电离层模型修正效果评估

模型修正是单频GNSS削弱电离层影响的主要手段之一,其修正效果一直备受人们关注。文章基于10个GNSS基准站2002、2004年88天实测双频数据,构建了反映电离层修正效果的修正指数CI（Correction Index）,定量地分析了三个常用经验电离层模型（Klobuehar,NeQuick,IRI2007）在中国大陆区域的修正效果,最后指出针对单频GNSS用户而言,IRI2007在中国区域的修正效果是最佳的。     

用于远距离差分GPS的电离层误差分析与补偿

采用差分工作方式的全球定位系统(DGPS)有助于满足许多航空、航天的导航、进场、着陆应用中的精度要求.随着参考站到用户间距离的增大,差分GPS的定位精度很快下降。本文研究了其中一种最重要的系统误差——电离层时间滞后.首先用Bent方法和Klobuchar方法建立了电离层滞后模型,根据该模型用卫星发布的数据计算的结果与接收机的测量结果进行了比较.为远距离的差分GPS建立了一个有效的修正模型.理论分析结果表明,当参考站距用户1000km时,由电离层滞后引起的差分后定位误差可达12m,与卫星数据模拟的结果吻合.     

北斗四频中长基线模糊度解算研究

随着北斗三号卫星导航系统完成全球组网并正式开通,中国已成为世界上第3个独立拥有全球卫星导航系统的国家.目前BDS-3卫星可播发5个频点的观测信号,研究BDS-3多频组合对于实现模糊度快速固定、提高定位精度具有重要意义.针对中长基线解算,本文充分利用BDS-3四频中存在电离层延迟极小且具有整数特性的组合,同时考虑对流层延迟的影响,建立了基于弱电离层组合的中长基线解算模型.实验结果表明,相比于传统双频无电离层模型,该模型的模糊度固定速度提高10％以上,N、E、U 3个方向定位精度相比最优双频无电离层组合分别提高了7.7％、7.9％、8.2％.     

新型GPS动态定位自适应卡尔曼滤波方法

为了获取GPS卫星的信号及定位数据的真实值，减小信号传播中因各种因素混入的随机误差对定位精度的影响，通过应用运动裁体“当前”统计模型，取速度和位置为观测量建立GPS动态定位模型，将观测量雏数增大1倍，从而增加了系统的可观测性和定位测算精度．此外，针对传统标准卡尔曼滤波法在动态滤波方面的不足进行了分析，提出了改进型Sage自适应卡尔曼滤波法．该方法在递推和滤波过程中不断地修正模型参数，始终保持噪声模型接近于真实模型，从而避免了标准卡尔曼滤波法中因建模不准确可能导致的滤波发散等问题，较好地解决了GPS动态定位中状态变量雏数与滤波快速性之间的矛盾，以及状态噪声和观测噪声建模不准确和时变的问题．     

基于静力学延迟模型的河北地区可降水量反演分析

水汽在天气演变中具有非常重要的作用,直接影响着天气变化和自然灾害的发生,在天气演变与气候变化中扮演着关键的角色。文中利用静力学延迟模型对河北省秦皇岛和石家庄两个测站的可降水量进行了反演分析,结果表明:提取的两个测站的天顶对流层延迟均值为2.4m,利用3种静力学延迟模型计算得到的可降水量及其在时间上总体变化趋势是一致的,并且GPS/PWV和实际降雨呈现出很强的相关性。