GPS信号的电离层延迟误差及改正

详细论述了电离层对GPS信号的延迟误差,讨论了修正电离层延迟误差的相对定位、延迟模型改正方法,分析和比较了双频观测量和三频观测量电离层延迟误差改正方法。

GPS参考站网络的电离层延迟建模技术

针对当前4种主要的网络RTK模型,研究用户流动站位置电离层延迟误差建模技术,建立了基于距离相关误差相关特性的电离层延迟误差改正数计算的统一形式,在此基础上对4种电离层延迟建模方法的特性及改正精度进行了分析.基于四川GPS连续运行参考站网络(GPSNOS)以及南加州集成GPS观测网络实测数据的分析表明,改正模型的精度和可靠性等指标受多种因素影响,存在明显差异;线性内插改正模型和线性组合模型用于200 km以下的中距离参考站网络,实现了优于2～5 cm的流动用户位置电离层延迟误差改正精度,证明是较优的电离层改正模型.上述模型用于虚拟参考站技术中,实现对包括电离层延迟误差在内的分类建模系统误差和精确改正,可有效提高中长距离网络RTK的定位精度.

WAAS电离层延迟网格校正中的用户算法研究

从广域增强系统WAAS中对电离层延迟的网格校正算法出发 ,分析了用户基于网格校正的电离层校正算法 ,阐明了核算法的原理并详细推导了计算公式和计算过程。

基于BP神经网络的伪距观测值电离层误差分离

针对单频接收机用户伪距观测值中电离层延迟误差分离难的问题,提出了基于BP神经网络的误差分离方法,以接收机连续一周的观测数据作为训练样本,将样本中时间、卫星高度角、方位角及伪距观测值作为BP神经网络的输入单元,利用CODE提供的高精度GIM计算出对应的电离层延迟误差,并将其作为输出单元对BP神经网络进行训练。最后,利用训练好的模型对接下来一周各可见星伪距观测值的电离层延迟误差进行分离。实例表明:利用BP神经网络模型对伪距观测值的电离层延迟误差进行分离,分离精度均在80%以上,最佳可达90%.该方法是从大数据的角度解决导航问题的一次有益尝试。

电离层延迟对BDS-2/3高精度相对定位影响分析

以全球定位系统(Global Positioning System,GPS)和北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)的导航电文电离层模型为基础,对两系统观测数据的电离层延迟变化率进行计算,并引入电离层格网模型对GPS和BDS数据进行相对定位解算,结合电离层延迟变化率的计算结果,对两系统相对定位解算中电离层格网模型改正的影响进行分析。实验结果表明,采用电离层格网化模型后,GPS基线长度精度提升5%左右,BDS提升12%左右,点位误差方面,GPS解算X、Y、Z方向的精度提升不大,BDS-2/3解算三方向的精度分别为15%、10%以及7%左右,提升较为明显。总体而言,BDS-2/3相对定位解算时采用电离层格网模型提升较大。

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 。

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。

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。

低纬GNSS电离层闪烁监测及应用研究

电离层中小尺度不规则体会引起全球导航卫星系统(GNSS)信号发生衍射及散射效应,导致地面GNSS接收机跟踪的无线电信号的振幅和相位产生不同程度的衰减与畸变,即GNSS电离层闪烁。GNSS电离层闪烁难以利用常规的电离层延迟误差处理方法予以削弱,其对GNSS服务的完好性、连续性和可用性产生严重威胁。

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％。

BDS网络RTK中距离参考站整周模糊度单历元解算方法

提出了一种BDS网络RTK中距离（50～100km）参考站间的双频载波相位整周模糊度单历元解算方法。该方法首先利用B1、B2载波相位整周模糊度间的线性关系选取B1、B2载波相位整周模糊度备选值。利用双频载波相位整周模糊度备选值计算双差电离层延迟误差，根据参考站各卫星电离层延迟误差间的空间关系，使用双差电离层延迟误差构建双差电离层延迟误差的线性计算模型。通过双差电离层延迟误差线性计算模型的建立搜索和确定B1、B2载波相位的整周模糊度。经CORS网实测数据试验算例的验证，该方法只需一个历元的观测数据即可确定参考站间双差B1、B2载波相位整周模糊度，且不受周跳影响。

BDS网络RTK参考站三频整周模糊度解算方法

北斗卫星导航系统是目前唯一一个全星座提供三频观测数据的卫星导航定位系统,三频观测值有助于载波相位整周模糊度的快速、准确固定。本文提出了一种BDS网络RTK参考站三频整周模糊度解算方法。首先利用B2、B3频率的观测值及严格的模糊度固定标准确定超宽巷整周模糊度,将固定的超宽巷整周模糊度与其他宽巷整周模糊度的线性关系作为约束条件,然后估计宽巷整周模糊度、相对天顶对流层延迟误差和电离层延迟误差,并搜索确定宽巷整周模糊度。利用固定的宽巷整周模糊度与三频载波相位整周模糊度的整数线性关系,将线性关系加入载波相位整周模糊度参数估计观测模型中,然后确定载波相位整周模糊度。使用实测的CORS网BDS三频观测数据进行算法验证,结果表明,该方法可正确有效地实现参考站间三频载波相位整周模糊度的快速解算。

顾及GEO卫星约束的长距离BDS三频整周模糊度解算

长距离BDS三频载波相位整周模糊度解算受大气误差残余的影响较大,GEO卫星相对于地球静止也非常不利于载波相位整周模糊度的解算。利用GEO卫星的信号传播路径相对较稳定、大气延迟误差的影响不随卫星空间位置变化的特点,对GEO卫星进行更符合实际情况的大气延迟误差约束研究。利用GEO卫星B2和B3载波相位整周模糊度线性关系,降低测站差分电离层延迟误差残余对模糊度备选值的影响,进行B2和B3载波相位整周模糊度备选值的选择。通过三频载波相位整周模糊度间不包含观测误差影响的线性关系对模糊度备选值组合进行检测,并对模糊度搜索空间进行约束。利用历元间GEO卫星的模糊度备选值判断历元间电离层延迟误差残余的变化,对GEO卫星的参数估计进行更符合实际情况的约束。研究了顾及GEO卫星实际大气延迟变化和整周模糊度约束的长距离BDS三频载波相位整周模糊度解算方法。提出了利用历元间模糊度备选值确定电离层延迟约束值的方法,对GEO卫星历元间随机游走的约束值进行符合实际情况的调整。试验结果表明,本文的方法能够提高三频载波相位整周模糊度解算的效率和测站位置的精度。

顾及大气延迟误差的中长基线RTK算法

针对常规RTK作业距离一般不超过15km的问题,提出了一种顾及大气延迟误差的中长基线RTK的算法,突破了常规RTK作业距离。在中长基线情况下,与大气延迟有关的误差如电离层延迟误差、对流层延迟误差等,随着基线长度的增加,空间相关性大大降低,进而影响整周模糊度的快速解算。基于卡尔曼滤波算法,采用非组合差分定位模型,对于电离层延迟误差采用了电离层加权模型进行估计,对于对流层延迟分别采用了相对对流层延迟参数估计和绝对天顶对流层参数估计。最终通过实测数据对该算法进行了算法验证和结果分析。试验结果表明:该算法可以实现中长基线RTK的快速解算,并且在估计相对对流层延迟时,绝对天顶对流层参数估计不利于基准站和流动站的对流层延迟分离,一般采用估计流动站上的相对对流层延迟。

长距离GPS/BDS参考站网多频载波相位整周模糊度解算方法

长距离网络RTK是实现GPS/BDS高精度实时定位的主要手段之一,其核心是长距离参考站网GPS/BDS整周模糊度的快速准确确定。本文提出了一种长距离GPS/BDS参考站网载波相位整周模糊度解算方法,首先利用GPS双频观测数据计算和确定宽巷整周模糊度,同时利用BDS的B2、B3频率观测值确定超宽巷整周模糊度。然后建立GPS载波相位整周模糊度和大气延迟误差的参数估计模型,附加双差宽巷整周模糊度的约束,解算双差载波相位整周模糊度,并建立参考站网大气延迟误差的空间相关模型。根据B2、B3频率的超宽巷整周模糊度建立包含大气误差参数的载波相位整周模糊度解算模型,利用大气延迟误差空间相关模型约束BDS双差载波相位整周模糊度的解算。克服了传统的使用无电离层组合值解算整周模糊度的不利影响。采用实测长距离CORS网GPS、BDS多频观测数据进行算法验证,试验结果证明该方法可实现长距离参考站网GPS/BDS载波相位整周模糊度的准确固定。

BDS中长基线三频RTK算法研究

针对BDS中长基线RTK定位中整周模糊度受大气延迟误差影响难以正确固定的问题,提出一种BDS中长基线三频整周模糊度确定方法。采用MW组合确定B2-B3超宽巷整周模糊度,利用B2-B3超宽巷和B1-B3宽巷组合观测值所受电离层延迟误差较接近的特点,确定B1-B3宽巷整周模糊度。利用无电离层组合解算窄巷整周模糊度和相对天顶对流层延迟误差,最终实现实时动态定位。利用实测的BDS中长基线进行算法验证,结果表明,该方法可有效固定中长基线三频载波相位整周模糊度,获得cm级定位精度。

BDS参考站间低高度角卫星三频整周模糊度解算方法

针对BDS参考站间低高度角卫星整周模糊度受大气延迟误差影响较大、难以正确固定等问题,提出一种BDS参考站间低高度角卫星三频整周模糊度确定方法:首先根据超宽巷整周模糊度长波长的优势确定双差超宽巷整周模糊度,并利用其与双差宽巷组合观测值所受电离层延迟误差较为接近的特性搜索确定双差宽巷整周模糊度;然后将双差整周模糊度之间的线性关系作为约束条件,高高度角卫星双差整周模糊度根据双频无电离层组合模型确定;利用固定模糊度的高高度角卫星建立参考站间双差电离层延迟误差空间线性模型,实现对低高度角卫星电离层延迟误差的削弱;最后将固定双差整周模糊度的高高度角卫星双差载波相位观测方程作为距离约束,进一步搜索确定低高度角卫星的双差整周模糊度。

BDS单历元TCAR算法优化研究

鉴于多频导航信号对模糊度解算AR带来的巨大优势,新一代的全球卫星导航系统都对多频信号体制进行了设计。基于三频观测的经典TCAR模型由于忽略双差电离层残差影响,仅适用于短基线解算。在基于几何的TCAR模型的基础上,通过对伪距观测量以及模糊度得到固定的超宽巷EWL和宽巷WL观测量进行线性组合得到了具有最低噪声的消电离层组合观测量;并将其引入到第3步窄巷NL模糊度解算中,以提高NL模糊度解算成功率;最后结合实测北斗三频数据进行了分析验证。结果表明,优化后的TCAR模型可有效提高NL模糊度固定成功率。

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。

一种北斗非差非组合长距离基准站模糊度解算方法

为了充分利用各频率观测值信息,提出了一种非差非组合的北斗卫星导航系统长距离基准站间整周模糊度解算方法。首先,直接利用不同频率的观测值建立误差观测方程,并采用随机游走策略估计相对天顶对流层湿延迟误差和电离层延迟误差,增加历元间的约束;然后,采用一种非差整周模糊度实时线性计算方法,依次得到基准站网当前历元所有卫星的非差整周模糊度,解决了在基准星变换时,模糊度需要承接或者重新进行法方程叠加的问题;最后,使用实测数据进行方法验证,结果表明,各基准站模糊度平均固定速度为20个历元(采样间隔1 s),可快速实现基准站载波相位整周模糊度解算。由于所提方法充分利用了各频率观测值信息,避免了线性组合放大噪声对整周模糊度固定的影响,其模糊度固定成功率与无电离层组合法相比有较大的提高。