联合BDS/GPS的北斗广域差分实时电离层延迟格网改正方法研究

研究并实现中国区域北斗广域差分实时电离层延迟格网改正算法,针对北斗单系统实时建立电离层延迟格网的不足,提出联合BDS/GPS的北斗广域差分实时电离层延迟改正方法。比较BDS、GPS以及BDS/GPS观测的实时电离层延迟格网,并利用北斗单频单点伪距定位进行精度验证。结果表明,在有效格网点覆盖充足的地区,BDS与GPS实时电离层延迟格网定位效果相当;而联合BDS/GPS观测的实时电离层延迟格网极大提高了偏远地区的单频定位精度与可定位历元数,也使原本单系统格网覆盖充足的地区定位效果得到进一步增强和稳定。

综合伪距相位观测的实时电离层延迟格网改正算法研究

针对北斗广域差分系统实时电离层延迟格网改正信息是基于伪距观测计算,而相位观测值具有更高的观测精度,提出伪距数据结合相位历元间差分数据综合解算电离层延迟的算法。基于陆态网GPS实测数据对该伪距相位综合算法进行实验验证,结果表明,综合伪距相位算法相比单纯伪距法可以获得平滑、稳定、精度更高的站星斜路径方向电离层延迟值。在此基础上,全天所有实时电离层延迟格网的内符合精度平均提高30.2%,外符合精度平均提高27.8%。

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电离层折射误差的三阶三频改正模型及精度分析

为了有效提高GPS电离层信号误差处理精度,本文在GPS电离层折射误差二阶三频改正模型的基础上,构建了GPS电离层折射误差的三阶三频改正模型,并采用GPS三频观测数据,对模型精度进行验证。试验结果表明:在GPS电离层折射误差的二阶三频改正模型中,三阶项折射误差改正精度为58.3%;在GPS电离层折射误差的三阶三频改正模型中,三阶项折射误差改正精度为98.8%,GPS电离层折射误差的三阶项折射误差改正精度提高了40.5%。在路径延迟改正(相延迟、群延迟)中,将三阶三频改正模型的路径延迟与二阶三频改正模型的路径延迟求差可知,相延迟改正增大了约3.01×10-7m,群延迟改正减小了约3.45×10-7m,电离层路径延迟得到了控制,验证了该模型的可行性。

基于分片线性插值的北斗格网电离层延迟问题

为了增强定位精度,需不断提高电离层延迟模型精度,格网电离层模型由于修正效果佳而被广泛应用。针对格网模型构建过程中网格节点处电离层延迟的插值问题,提出了分片线性插值法计算用户端穿透点的电离层延迟。基于格网模型的特征,在同一模型中应用不同的插值算法进行电离层延迟误差的对比,并检验格网电离层垂直延迟修正误差(GIVE)。结果表明,使用分片线性插值法计算的穿透点电离层延迟值更接近于实测数据,GIVE值更小,从而验证了该插值方法计算用户端穿透点的电离层延迟的高准确度。

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 。

北斗格网电离层模型格网点计算方法研究

基于北斗导航系统星基增强系统的格网电离层模型修正算法,讨论了由穿透点处的垂直延迟计算格网点处垂直电离层延迟的计算方案,并检验了格网电离层垂直延迟修正误差GIVE。结果表明,格网电离层修正算法是一种精度较高的电离层延迟修正法,选取格网点附近参考站的可用数据计算出的格网点垂直延迟值更接近真实延迟值,进而有利于获得高精度的电离层改正效果,证明了电离层格网点的延迟值是建立格网模型的关键;修正误差在正常范围内,验证了算法在中国地区的可行性,也说明了GIVE算法能够以99.9%的置信度限定格网点电离层延迟改正误差。

BD2系统广域差分格网电离层模型研究与应用

电离层延迟误差是影响BD2卫星导航系统定位测速精度的关键因素,如何减少电离层误差是当前卫星导航定位领域研究的热点问题。常见的电离层模型包括广域差分格网模型和Klobuchar模型,已有研究主要关注Klobuchar模型,对BD2广域差分格网模型的研究较少。本文分析比较了广域差分格网电离层模型和Klobuchar模型对电离层延迟误差的影响,并进行了真实环境下的评测。实验结果表明,使用广域差分格网电离层模型修正电离层延迟可以减小电离误差,从而提高单频接收机导航定位精度。

广播电离层模型精度评估分析

全球定位系统(GPS)、北斗卫星导航系统(BDS)和伽利略卫星导航系统(Galileo)均在导航电文中发播电离层模型参数供用户改正电离层延迟。由于采用不同的电离层模型,性能也不同。全面地分析了不同电离层模型的差异及对标准定位的影响。采用欧洲定轨中心(CODE)的全球格网电离层产品作为参考值,对在全球范围内不同时段不同电离层模型的性能进行分析,同时分析了不同模型对定位的影响。结果表明,北斗全球电离层延迟改正模型(BDGIM)与CODE的全球电离层格网图最接近。内·奎克·格(NeQuickG)模型在高纬度电离层延迟误差均方根(RMS)值为1.7个总电子含量单位(TECU),低纬度电离层延迟误差RMS值为5.6个TECU;GPS克洛布彻(Klobuchar)电离层模型(GPSKlob)在低纬度时,电离层延迟误差RMS值为3.8个TECU,高纬度电离层延迟误差RMS值为6.8个TECU。BDS克洛布彻(Klobuchar)模型(BDSKlob)在中低纬度地区时,其电离层延迟误差RMS值优于5个TECU。BDGIM模型与CODE电离层产品定位精度相当,全球定位精度基本优于1.6 m,BDSKlob模型和GPSKlob模型在中低纬度区域的定位精度优于1.8 m。

基于JSCORS的区域电离层时空特征分析

本文利用JSCORS中心提供的连续两天的GPS观测数据,以及现有的提取垂直电离层延迟改正VTEC的软件,采用格网技术和常规单层VTEC模型,内插计算出区域格网的时空数据,对所得数据进行处理分析,得出了江苏南京附近大气层中电离层较为明显的特征。文章总结了该区域电离层的时空变化特征,为后续研究电离层更加细化的特征及其在各方面的应用等提供了依据。

北斗卫星导航系统电离层模型预报性能分析

北斗卫星导航系统发播的导航信息中，电离层延迟改正模型参数采用Klobuchar模型进行解算并预报。将Klobuchar模型按用户使用的预报模式和事后处理模式分别进行数据处理得到相应的VTEC，与IGS提供的GIM数据和北斗监测接收机双频数据进行比较，Klobuchar模型结果与GIM数据和双频改正数据之差均值为8—9TECU左右，约占电离层延迟改正比例的30—40％；以双频数据为参考，目前北斗系统采用的模型预报模式与事后处理模式相比电离层延迟改正精度略有降低0．03％-0．73％。

基于克里金插值法的NRTK误差改正

针对NRTK中流动站误差修正时,传统内插模型改正精度不高的问题,提出用克里金插值法对流动站误差进行建模估计,并阐述方法的数学过程。结果表明,克里金插值法能够有效改正用户电离层、对流层延迟,改正精度较常规内插方法有所提高:当用户位于基站网络内部时,克里金插值法的电离层和对流层改正精度与常规内插算法相当;用户位于网外时,常规内插方法难以有效改正用户大气延迟,而克里金插值法在网外一定范围内仍能有效改正电离层、对流层延迟。

星基增强系统单频服务性能评估方法

针对星基增强系统(SBAS)用户差分距离误差(UDRE)完好性参数评估时双频无电离层组合放大观测噪声的问题,提出伪距域完好性评估方法,该方法反映了SBAS电离层改正数和星历时钟改正数的综合影响。利用240天共100个国际全球导航卫星系统(GNSS)服务组织(IGS)测站的数据对美国广域增强系统(WAAS)和欧洲地球静止轨道导航重叠服务(EGNOS)的性能进行评估。结果表明:WAAS和EGNOS格网电离层垂直误差(GIVE)参数的完好性分别为99.96%和99.91%,电离层延迟改正精度达到0.56 m。WAAS和EGNOS伪距域完好性优于99.999%,经改正后的GPS用户测距误差(URE)精度达到0.34 m。WAAS 95%的水平和垂直定位误差为1.19 m和1.72 m,EGNOS的则为1.18 m和1.68 m。评估时段内均未发生完好性风险事件,验证了测地型接收机用于SBAS服务性能评估的可行性。WAAS在一类垂直引导进近(APV-I)阶段的定位精度平均可用性为99.9%,二类垂直引导进近(APV-II)阶段在服务中心区域的定位精度可用性为80%~95%;EGNOS APV-I阶段平均定位精度可用性为99.9%,APV-II阶段平均定位精度可用性为94.2%,可用性较高,主要是由于EGNOS评估测站多处于服务区中心。SBAS定位精度可用性在服务区边缘部分下降较明显。

北斗星基增强在多场景下的定位分析

星基增强系统是全球卫星导航系统的重要组成部分。文章首先介绍我国北斗星基增强系统的系统组成和星基差分改正数。随后,介绍基于北斗星基增强差分改正数的北斗增强定位算法。最后,建立实验分析北斗卫星可见性,讨论星基增强改正数的分布特性,进而分析北斗星基增强定位在2种观测场景下的定位性能。实验结果表明:观测点可以全时段接收北斗星基增强信息,从而保证星基增强系统的可用性;北斗星基增强在开阔和遮挡环境下,定位性能明显优于北斗经典定位。

BDSBAS完好性保护级分析与研究

选取中国地壳观测网(CMONOC)的参考站中的25个站点,作为基于北斗系统的星基增强系统(BDSBAS)地面参考站;对用户差分距离误差(UDRE)和格网点电离层垂直延迟改正数误差(GIVE)的算法进行研究;利用接收机接收的北斗数据,分析与研究了中国及邻近区域的完好性保护级及完好性可用性覆盖范围。结果表明:利用所提出的方法,至少95%时间可用时,整个中国区域100%满足LPV进近对完好性保护级的要求,部分区域满足LPV-200进近对完好性保护级的要求。由此验证BDSBAS在中国建设的可行性,对在民航中的应用提供了参考。

EGNOS完好性关键参数的处理与分析

基于欧洲静地轨道卫星导航重叠服务(european geostationary navigation overlay service,EGNOS)中用户差分距离误差(user difference range error,UDRE)和格网电离层垂直误差(grid ionospheric vertical error,GIVE)算法,分析了UDRE与卫星可见的距离修正和完好性监测站(ranging and integrity monitoring sta-tions,RIMS)个数之间的关系,以及GIVE与电离层格网点(ionospheric grid point,IGP)可见的电离层穿透点(ionospheric pierce point,IPP)个数之间的关系。通过对2012年EGNOS升级后为期一个月的实测数据的统计分析得出结论:在欧洲民航理事会(european civil aviation conference,ECAC)区域,卫星可见的RIMS个数越多,其对应的UDRE标记值(UDRE indicator,UDREI)越小,当可见RIMS个数达到17及以上时,UDREI值为6;格网点可见的IPP越多,其对应的GIVE标记值(GIVE indicator,GIVEI)越小,当可见IPP个数达到10及以上时,GIVEI值为8。

BDS中长距离非差实时动态厘米级定位算法

针对BDS常规实时动态定位(RTK)中,随着流动站与参考站间的距离增加,大气延迟误差的空间相关性大大降低,影响了整周模糊度的快速解算和流动站位置信息的解算精度问题。该文研究了一种基于非差观测误差的BDS中长距离常规RTK定位算法,采用非差误差改正方法为流动站提供误差改正,利用参考站的非差误差改正数以单颗卫星为对象进行误差改正。对电离层延迟误差和相对天顶对流层延迟误差进行参数估计,处理电离层延迟误差和对流层延迟误差的影响。最后通过BDS实测数据对该算法进行了算法验证和结果分析。实验结果表明,该算法可以实现BDS中长距离常规RTK的快速定位,并获得厘米级定位精度。