电离层延迟高阶项对GPS精密单点定位精度影响分析

随着GPS卫星轨道、钟差及各种误差修正模型的不断精化,静态精密单点定位(PPP)定位精度达到mm级,进行电离层延迟高阶项较小量级的误差改正研究,对改进PPP数据处理策略具有重要的参考价值。本文利用分布在不同地理纬度的5个IGS跟踪站3天的观测数据,对比分析了电离层延迟二阶项、三阶项对GPS观测值精度及静态PPP定位精度的影响。分析结果表明,电离层延迟二阶项、三阶项对GPS观测值精度的影响分别为cm级和mm级,对低纬度地区PPP定位精度的影响大于3mm,但对中高纬度的测站观测值、定位精度的影响比低纬度地区小很多。

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。

顾及电离层延迟高阶项改正的精密单点定位

给出了顾及电离层二阶项和三阶项延迟改正的非差精密单点定位(precise point positioning,PPP)模型。利用全球均匀分布的38个IGS跟踪站,对比分析了不同纬度、不同电离层环境下电离层高阶项延迟对GNSS观测值以及静态PPP解算的影响。实验结果表明,电离层高阶项延迟对低纬度地区的静态PPP的定位结果影响最为显著,可达3～5mm;而对高、中纬度的影响则较小,分别为亚mm和mm级水平;且其影响主要体现在南北(N)方向,呈向南偏移的趋势,尤其是在低纬度地区,该分量可达3mm以上,是E方向和U方向的2～3倍。此外,电离层活跃程度对定位结果也有一定影响,其活跃期影响值相对于平静期影响值高20%～30%。

电离层高阶项延迟对2015-06磁暴期间PPP的影响

分析了2015年第173~175d太阳活动对电离层以及地磁场的影响以及磁暴期间电离层延迟高阶项对观测值、静态PPP的影响。结果表明,受173d爆发的日冕物质抛射和冕洞高速流的共同影响,174d地磁持续扰动,达到大磁暴水平;L_1、L_2的二阶项延迟最大值分别达到20 mm、40 mm,三阶项延迟为2 mm、5mm;电离层高阶项延迟对PPP的N方向的影响最为显著,最大值达到了7.1mm,且呈向南偏移的趋势,对U、E方向影响的最大值可达4.6mm,但没有一致偏移的规律。

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。

电离层高阶项延迟对多系统PPP的影响

计算位于不同纬度的3个MGEX测站在不同太阳活动及地磁场活动情况下GPS、GLONASS、Beidou和Galileo卫星导航定位系统的电离层高阶项(HOI)延迟,分析高阶项延迟对多系统PPP结果的影响,总结不同太阳活动和地磁活动对PPP的影响。结果表明,电离层延迟随纬度的增加而减小;太阳活动是影响电离层高阶项延迟的主要因素,在太阳活动指数较低时,二阶项延迟不超过2 cm,三阶项延迟约为1 mm;当太阳指数较高时,二阶项延迟超过2.5 cm,三阶项延迟可达到5 mm;当磁暴发生时,高阶项延迟会存在一定程度的增长。将电离层高阶项延迟改正后,太阳活动指数较低时点位精度提升效果明显。

电离层高阶项改正对我国陆态网测站坐标的影响

通过不同的方案设计对中国陆态网测站进行解算,研究电离层高阶项延迟对测站坐标和接收机钟差的影响,并分析在不同地磁模型下的影响差异。结果表明,在太阳活动较为活跃时,电离层高阶项延迟对陆态网测站垂向坐标的影响能达到1.2cm,对接收机钟差的影响接近4.4mm;不同地磁模型下电离层高阶项延迟的影响很小。还分析了纬度、基线方向与长度对电离层高阶项延迟的影响。