全球系统广播电离层模型精度分析

分析北斗电离层模型与GPS Klobuchar和NeQuickG模型的差异,并以IGS分析中心全球格网电离层模型为参考值,将北斗电离层模型与其他全球电离层模型进行精度比对。结果表明,BDGIM模型显著优于其他3种模型,具有良好的全球电离层综合修正能力,尤其在中国及周边区域其修正百分比达77.01%。

多系统广播电离层模型精度评估

电离层误差是导航定位主要的误差源之一,广播电离层模型为单频用户修正电离层延迟提供了简便有效的方法。本文采用CODE提供的GIM产品作为评估的基准,对4大广播电离层模型进行了多方面精度评估,旨在为后续的模型改进及应用提供参考。结果表明:各个模型北半球改正率高于南半球,白天改正率高于晚间;NeQuick模型在中低纬度服务性能一般,但在高纬度地区明显高于BDSK8、GPSK8模型,改正率高出BDGIM模型约5%,BDSK8、GPSK8、BDGIM模型在中低纬度改正率较高,高纬度带改正率稍差;BDGIM模型性能总体优于其他模型,全球范围改正率可达76.91%。

改进CODE GIM的GNSS广播电离层模型评估方法

针对如何有效地对各类电离层模型在建模实现、模型精度、模型时效性等方面进行综合评估问题,该文提出一种基于改进CODE模型(CODE+模型)全球电离层图(GIM)的预报电离层精度评估方法,通过增加我国陆态网监测站数据,提高我国及周边地区的电离层建模精度,弥补了CODE GIM在我国及周边地区因观测数据少而精度受限的不足。通过试验分析表明,改进CODE GIM能够满足精度要求,且更好地与我国实际电离层情况相吻合;并以此为基准评估GNSS广播电离层精度,对比分析了GPS、BDS、Galileo电离层模型的精度,得到一些初步结论。

北斗不同电离层模型精度分析

目前北斗系统播发多种电离层模型参数,用户使用时容易产生以下问题:①同一历元不同卫星播发同一电离层模型,其值不完全相同;②北斗二号、北斗三号分别播发的Klobuchar电离层模型参数值存在差异;③对于能同时接收到3种电离层模型(BDS-2Klobuchar、BDS-3 Klobuchar及北斗全球电离层延迟修正模型(BDGIM))的基本导航用户如何选取合适的电离层模型。针对以上问题,本文首先提出采用最大投票法策略,对同一历元相同电离层模型但值不同的参数进行合理合并,然后以IGS分析中心的电离层产品为基准,对以上3种北斗电离层模型进行了精度分析和对比,最后基于等效距离误差进行了验证分析。试验结果表明,BDS-2 Klobuchar、BDS-3 Klobuchar虽然模型值差异较大但模型精度十分接近,而BDGIM模型精度最高,相对于前两者在中低纬地区平均提升10%,在两极地区的提升更加明显,平均提升61%。

45°(N)纬度带的Klobuchar-like电离层延迟季节修正模型与评估

电离层延迟是全球卫星导航系统(GNSS)的主要误差源之一。对于装配GNSS单频接收机的航空器,选择简单有效的Klobuchar广播电离层模型来改正电离层延迟误差,其修正率为50%~60%。针对45°(N)纬度带,提出了更高电离层修正需求。考虑到季节因素对中高纬度地区电离层的显著影响,利用GIMs(Global Ionospheric Maps)分析了昼夜中TEC(Total Electron Content)的峰值和谷值随季节(年积日)的变化,建立了一种适用于45°(N)纬度带的Klobuchar-like电离层模型。该模型不增加广播模型系数,新模型的夜间和VTEC高峰时电离层修正率分别达到了82%和80%,表明在穿刺点集中的45°(N)纬度地区使用该模型可以更精确地描述该地区的电离层,帮助航空器实现更高精度的定位。

电离层改正模型对GPS共视时间传递的影响分析

本文以2016年001~010d的观测数据，分析了广播星历的电离层模型、全球格网电离层模型、消电离层组合模型三种不同的电离层模型对4对IGS站间GPS共视时间频率传递的影响。结果表明，广播电离层模型模式下GPS共视时间频率传递的RMS值最大，表明精度最差；电离层格网模型模式下RMS值较小，表明精度比较高，消电离层组合模型模式下除了NANO跟ALBH的站间RMS值大外，相应的精度较差外，其它3组站间跟电离层格网模型的精度相当。

基于多源数据的BKlob模型精细化

北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)开通了全球服务,BDS Klobuchar(BDSklob)模型的服务区域也拓展至全球范围,BDSklob模型全球化后的性能引起了极大的关注.针对北斗二号卫星导航系统(BDS-2)播发的BDSklob模型在服务区域外精度不高、两极地区改正异常情况,本文基于参数精化方法,利用经验模型IRI-Plas-2017、北斗全球广播电离层延迟修正模型(BDGIM),以及欧洲定轨中心(CODE)的全球电离层格网(GIM)产品多源数据提出新的BDSklob模型精细化方案多源数据精细化法.结果表明:各个数据源精细化方法对BDSklob模型性能都有明显提升,尤其是在极地区域;BDSklob_C(数据源为CODE的GIM产品)处理结果精度最高;BDSklob_B(数据源为BDGIM)精度次之,但不借助外部数据源,在北斗系统中即可完成精化处理;BDSklob_I(数据源为IRI模型)精度稍差,但基于经验模型的预测性,可以满足实时精化处理的需要.

GNSS基本服务性能评估

针对现有全球卫星导航系统性能评估无规范的评估标准问题,该文提出了以统一模型和算法为评估体系的方法,较详细的评估了全球卫星导航系统公开服务信号的基本性能,主要评估了空间信号误差、广播电离层模型改正效率及伪距单点定位精度等。结果表明:空间信号误差方面,伽利略最优、GPS和北斗三号相当;广播电离层模型方面,北斗全球广播电离层模型改正效果最优,GPSK8与NeQuick模型在低中纬度改正效果相当,北斗区域电离层模型在其服务区内具有较高改正效果;定位方面,北斗、GPS和伽利略静态伪距单点定位的三维位置均方根误差优于5m,格洛纳斯优于10 m;动态伪距单点定位方面,北斗在中国境内定位精度最高;基于统一评估体系下,可以直观对比得到目前各卫星导航系统的性能差异,同时也为后续的建设提供相应的参考。