利用GPS双频观测值实现PPP电离层延迟高阶项改正

给出了利用双频观测值计算L3组合电离层延迟高阶项改正的方法,并与全球电离层延迟文件的改正效果进行对比。利用赤道附近的15个国际全球卫星导航定位系统服务组织(IGS)站的数据进行比较,结果表明:2种方法计算的电离层二阶项延迟互差最大不超过1 cm,三阶项延迟互差最大不超过5 mm;电离层高阶项改正后的观测值精密单点定位(PPP)解算结果 N、E、U方向互差平均值分别为0.4、0.5、1.0 mm,因此2种改正方法效果在同一水平。

高阶电离层延迟对GPS双差观测值和基线向量的影响

用RINEX HO软件计算GPS载波相位观测值中的高阶(二阶和三阶)电离层延迟,在此基础上组成GPS双差观测值中的高阶电离层延迟(ΔIH)p,qi,g。讨论了(ΔIH)p,qi,g与地磁纬度、基线长度、基线方向及太阳活动水平间的关系。在其他条件均相同的情况下,用Bernese 5.0软件分别对进行了高阶电离层延迟改正的观测值和未进行高阶电离层延迟改正的观测值进行基线解算,求得高阶电离层延迟对基线向量解的影响ΔbH。结果表明,ΔbH的数值很小,在一般情况下可忽略不计。ΔbH与基线长度及太阳活动水平等因素间并无必然联系,但随着时段的减小,ΔbH会随之增大。

基于北斗GEO卫星双频观测值连续监测电离层延迟

利用北斗GEO卫星观测数据直接计算电离层延迟。由于GEO卫星具有固定穿刺点和静地的特性,使得观测站监测电离层变化时可不考虑空间变化,并可进行连续不间断监测。通过分析北斗GEO卫星三种频率码伪距和载波相位观测值不同组合,选取B1&B2双频计算电离层延迟为最优组合,采用相位平滑伪距的方法计算电离层延迟TEC,相较其他电离层模型,该方法的优点是不会引入模型误差,可得到连续的高精度的电离层延迟监测结果。

电离层高阶项延迟对GPS载波相位观测值及基线的影响

为研究电离层高阶项延迟及其影响,采用IGS提供的实测数据与产品,结合具体实验讨论地磁模型、TEC数据模式、GPS频率及测站分布等对电离层高阶项延迟的影响,分析不同TEC获取方式与地磁模型处理模式下的电离层高阶项延迟对基线的影响。实验表明,利用不同方式获取的TEC是影响电离层高阶项延迟的关键因素,其对载波相位观测值的影响可达10.0 mm,对基线的影响甚至达到cm级;地磁场是电离层高阶项延迟的次要影响因素,对载波相位及基线的影响为mm级;电离层高阶项延迟与测站区域有关,在中纬度区域偏差呈现系统性,而在赤道附近偏差呈现偶然性,其对基线的影响主要与基线距离及方位有关。

组合电离层残差与改进的码相伪距探测与修复周跳研究

传统码相组合算法能探测7～8周以上大周跳,而传统的电离层残差法仅对于±4周以内的周跳可实现唯一分离,这限制了两者组合的应用。针对这一问题,对码相组合探测与修复周跳方法进行改进,使得改进的码相组合与电离层残差法能够完全探测周跳。经理论与实验分析,组合改进的码相组合法与电离层残差法两者结合能够完全探测采样间隔小于10 s观测数据中的周跳,对动态非差观测值数据的周跳自动探测与修复有极佳的效果。

基于北斗GEO的电离层延迟修正方法比较与分析

电离层延迟是影响导航定位精度的最主要因素。北斗卫星导航系统采用Klobuchar模型修正单频接收机用户的电离层延迟误差,对于双频接收机,可以利用不同频率信号的伪距观测数据解算得到电离层延迟值。为比较两种方法在天津地区的电离层延迟修正效果,利用NovAtel GPStation6接收机(GNSS电离层闪烁和TEC监测接收机)采集到的卫星实测数据进行计算。以国际全球导航卫星系统服务组织(IGS)发布的全球电离层格网数据为参考,对两种方法的修正效果进行比较分析。结果表明,在天津地区,利用双频观测值解算电离层延迟比Klobuchar模型计算结果更加精确,且平均每天的修正值达到IGS发布数据的82.11%,比Klobuchar模型计算值高9.48%.

整数规划在三频组合观测值确定中的应用

随着导航卫星定位系统多频率的广泛应用,三频载波相位组合可以形成很多具有长波长、弱电离层、低噪声的线性组合。这些特性可有效地实现整周模糊度值的快速确定并削弱电离层延迟的影响。由于组合观测值需保留模糊度的整周特性,所以组合系数要取整数。提出整数规划算法,以组合观测值的波长为目标函数,以弱电离层延迟和弱观测噪声等为约束条件建立整数规划数学模型,从而求解满足一定条件的全局最优整数解。GPS数据分析表明,整数规划算法能较好地应用于三频组合观测值确定。

Galileo组合观测值的研究

根据即将投入使用的Galileo卫星特点,重点阐述了在保持模糊度为整数的前提下,几组具有良好特性的相位组合观测值,对有关误差作了分析;推导出能使对流层偏差和电离层偏差分别为零的两组相位组合观测值,并对有关误差作了分析。

利用多模卫星系统仿真数据建立区域电离层模型

目前已有的全球卫星导航系统包括美国的全球定位系统系统,俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统,欧盟的伽利略卫星导航系统以及我国的北斗卫星导航系统。对于导航用户而言,采用多模全球卫星导航系统可以显著增加测站可视卫星、观测值的数量,并能改善卫星分布,更加有利于区域电离层模型的建立。因为目前全球导航卫星系统尚未全面建成,无法获得多模系统实测数据,本文使用卫星工具软件包仿真全球定位系统、格洛纳斯卫星导航系统、北斗卫星导航系统的双频观测值,采取多种策略构建中国区电离层球谐函数模型,并对区域模型结果进行分析。仿真结果表明:对于中国区域,利用全球卫星导航多系统观测值建立中国区域电离层球谐函数模型的平均精度要优于单一系统,我国北斗卫星导航系统单系统观测值的建模精度与全球卫星导航多系统建模精度相近,模型误差最大时仅有实际延迟量的14%,二者均优于全球定位系统单系统观测值的建模精度,其模型误差最大可达20%,而格洛纳斯卫星导航系统单系统观测值建模精度最差,模型误差最大时达实际延迟量的35%。

GNSS多频观测值线性组合研究

以Galileo四频为例,组合其不同频率间的相位观测值,给出以周为单位和以m为单位的相位组合观测模型的通用形式,系统分析组合后的电离层误差、波长以及观测噪声;在保持整周模糊度整数特性的前提下,研究电离层误差小、波长长、观测噪声小的组合;最后,按照合适的原则,编程计算出不同导航系统不同形式的组合观测系数,并给出几组典型组合。

附有伪距电离层估计的实时精密单点定位方法

针对现有实时精密单点定位(PPP)方法解算精度较低的问题,提出一种附有伪距电离层估计观测值P1ION的实时PPP方法:将无电离层(IF)组合及伪距电离层估计观测值(P1ION)相结合,并与传统的无电离层组合模型(IFPPP)和非差非组合模型(UC-PPP)进行对比和分析;然后,通过国际全球卫星导航系统服务组织(IGS)的最终精密产品评估法国空间研究分析中心(CNES)的实时数据流产品(CLK93),包括卫星轨道、钟差改正数和实时电离层产品。实验结果表明,全球定位系统(GPS)和伽利略卫星导航系统(Galileo)轨道和时钟改正精度优于格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和北斗卫星导航系统(BDS);相对于IGS电离层联合分析中心(IAACs)最终全球电离层产品(GIM),不同分析中心的实时电离层产品垂直总电子含量(VTEC)估计的标准差(STD)和均方根(RMS)分别为1.9~2.3个总电子含量单位(TECU)和1.9-3.2 TECU;与IF-PPP和UC-PPP相比,附加实时电离层产品约束的IF-PPP+P1ION方法的定位精度在东(E)、北(N)、天(U)方向分别提高了14.0%、3.7%和11.2%。

基于GPS双频原始观测值的精密单点定位算法及应用

提出一种基于GPS双频原始观测值的PPP算法。与基于消电离层组合观测值的传统PPP算法不同,鉴于电离层的弥散特性,本文算法参数化L1频率上的站星视线方向电离层延迟,可有效避免传统PPP方法中观测值组合过程所引起的观测噪声以及多路径效应被放大的不利影响。同时在利用扩展卡尔曼滤波模型进行未知参数的递归估计过程中,通过对大气延迟参数引入符合实际的约束,可以加快滤波收敛,提高参数估值的可靠性,视线方向电离层延迟可与其余未知参数同时估计得到,进而便于利用PPP技术进行单站电离层的提取和精密建模,此外,对于可能的模型误差(如码观测值粗差、相位观测值周跳等),基于DIA的质量控制策略以消除或削弱其对参数估值的不利影响。利用实测数据对算法在静态、低动态以及高动态定位应用方面的精度进行检验,结果表明,静、动态定位结果的外符合精度可分别达到1～2cm和7～8cm。通过比较两种PPP算法在低动态试验中的定位结果,表明本文算法能显著地减少滤波收敛时间,提高滤波收敛解的稳定性,进而验证了算法的可行性和有效性。

基于原始观测值的单频精密单点定位算法

研究了一种基于GPS原始观测值的单频PPP算法.该算法通过增加电离层延迟先验信息、空间和时间约束的虚拟观测方程,将电离层延迟当作未知参数与其他定位参数一并进行估计来高效修正电离层延迟误差.通过使用全球178个IGS站1d的实测数据对本算法的收敛速度、定位精度和电离层VTEC 的精度进行检验与分析.结果表明,该算法的收敛速度和稳定性均得到了改善,其静态单频单天PPP解的精度可达2-3cm、模拟动态单频单天PPP解的精度可达2-3dm,并且单频PPP与双频PPP提取的电离层总电子含量平均偏差小于5个TECU,可作为一种附属定位产品使用.

GPS单点定位观测值的精度分析与改进

通过实验分析单点定位中常用的消电离层组合伪距观测值精度与P码伪距精度的关系,得出:当P1、P2码伪距精度相差较大时,消电离层组合伪距观测值精度降低,从而导致定位精度低于P1码伪距的定位精度。针对以上问题,提出一种改进GPS单点定位观测值的方法:当P1、P2码伪距精度相近时,采用消电离层组合伪距观测值,反之采用P1码伪距。最后,通过实验数据验证了此方法在提高单点定位精度上的有效性。

GLONASS三种载波频率组合值研究

研究了GLAONASS三种频率载波相位组合方法,以模糊度保持整数为前提,通过分析电离层延迟和观测噪声对三频组合观测值的影响,依据线性组合的长波长标准、弱电离层延迟标准、弱观测噪声标准,得出了一些新的线性组合,这些组合可以提高定位精度与定位速度。

对利用GPS观测值建立区域VTEC模型的研究

本文根据区域电离层延迟模型的原理与方法,利用载波相位、伪距两种GPS观测值建立了区域VTEC电离层模型,并利用地壳网络观测数据对模型的精度进行了检核。

北斗多波段多频相位测量值组合模型研究

在多波段导航模式下,研究了北斗L,S和C波段多频相位测量值组合模型。通过巷数,电离层因子以及观测噪声因子,在维持模糊度整数特性条件下,优选长波长、弱电离层时延和低观测噪声的独立线性组合。针对长基线和短基线情境,分别提出基于超宽巷、宽巷、中巷和窄巷的多波段多频相位测量值组合。结果表明,相比于L波段多频,北斗多波段多频相位测量值组合有助于模糊度解算和降低电离层时延,其最大波长为293.05m,最小一阶电离层因子为0.000 14。所优选的多波段多频相位测量值组合具有长波长,弱电离层时延和低观测噪声整体较优的特性。

利用两个测站同步观测值计算电离层延迟

电离层延迟是卫星导航的重要误差源之一,如何准确的计算出电离层延迟是该领域一个热点。本文提出了一种利用两个测站的同步观测值计算电离层延迟的方法,并使用实测数据计算出测站到卫星的电离层延迟,然后将计算结果与空间天气公报数据进行了比对分析。分析结果显示该方法对于计算电离层折射带来的测距误差有效可行。

BDS实时精密动态定位最优观测值弹性选取方法

传统的BDS精密动态定位的处理方法通常是根据基线长度的经验阈值来确定采用原始观测值或无电离层(IF)组合观测值,而不同区域、不同时间的电离层延迟是不同的,在基线长度阈值固定的情况下很难得到最优解,尤其是在基线长度连续变化的动态定位中。本文提出了一种最优观测值弹性选取(FOS)方法用于动态基线的BDS实时定位,新方法基于不同观测值的测量噪声和双差观测值电离层残差的关系确定基线解的最优观测值。当电离层残差大于IF观测值测量噪声时,IF方法将优于原始B1观测值,反之,B1观测值将更优。静态测试结果表明,FOS方法的定位结果相对于B1方法在E、N、U方向上分别提高了约9.6%、7.5%和11.4%,相对于IF方法,精度分别提高了8.6%、9.9%和12.2%;相对于B1和IF方法,FOS方法在动态测试E、N、U方向上分别提高了11.1%、13.7%、17.0%和8.3%、10.7%、13.8%,模糊度固定率分别提高了16.9%和10.2%。

GPS/BDS组合导航系统的精密单点定位模型

为了改善单卫星导航系统由于卫星数量较少,导致定位误差高的问题,设计全球定位系统(GPS)/北斗卫星导航系统(BDS)组合导航系统的精密单点定位模型:线性组合处理GPS与BDS的伪距和载波相位观测值,并构建GPS/BDS组合导航系统的组合观测值;接下来利用协方差成形自适应卡尔曼滤波方法,对组合导航系统导航过程中的卫星钟差、电离层延迟等误差实施滤波;再利用滤波处理后组合导航系统的广播星历,获取卫星轨道以及钟差;然后利用经验模型修正对流层延迟,获取相位观测值与伪距的综合改正数;最后利用综合改正数修正组合导航系统的观测方程,构建精密单点定位模型。实验结果表明,GPS/BDS组合导航系统采用所构建模型进行精密单点定位,不同方向定位误差均低于10 cm,证明了提出模型的有效性。