格网优化选站的Kriging重构全球电离层及精度分析

针对IGS卫星接收站点数量多、接收卫星数据质量参次不齐的问题,本文提出格网优化选站法,通过格网的大小控制每个区域测站的数量,并采用格网算法优先选择格网内数据质量高的测站下载数据,使用Kriging插值及反距离加权方法重构优化区域电离层,并与CODE电离层产品进行对比,评价重构电离层的精度。试验结果表明,格网选站不仅保证了全球测站均匀分布,而且在提高精度的同时,减小了计算量;Kriging内插重构电离层较反距离加权算法,能更好地弥补测站稀疏所引起的电离层延迟异常值的问题,解算的电离层延迟量的精度更高。

国际GNSS服务组织全球电离层TEC格网精度评估与分析

国际GNSS服务组织(International GNSS Services,IGS)发布的全球电离层TEC格网(Global lonospheric Map,GIM)是利用GNSS进行电离层研究的主要数据源之一.IGS电离层工作组于2016年2月正式授予中国科学院为全球第五个电离层数据分析中心,由测量与地球物理研究所和光电研究院联合实施.本文系统地总结和展示了IGS电离层工作组对各分析中心GIM评估的结果;此次评估以基准站实测电离层TEC、测高卫星电离层TEC为参考,给出了各分析中心1998-2015年GIM的总体性能.结果显示:随着IGS基准站日益增多,各分析中心GIM内符合精度由4.5~7.0TECu提升至2.5-3.5TECu;不同分析中心GIM一致性从3.0~4.5TECu提升至2.0~3.5TECu;相对于测高卫星电离层数据,CODE、CAS、JPL和UPC分析中心的GIM精度相对较高(约4.0~4.5TECu),但是在不同测高卫星评估结果之间存在不同的系统性偏差.

北斗系统格网电离层延迟算法研究

介绍了北斗系统下格网电离层延迟算法原理及建模方法。利用25个参考站的模拟数据,建立了覆盖我国地区的格网电离层延迟模型。通过仿真给出格网点(35°N,115°E)的格网电离层垂直误差及用户穿透点(36.94°N,118.44°E)的用户电离层垂直误差在一天内的变化,结果显示一天内格网电离层垂直误差及用户电离层垂直误差的平均值分别为0.871m和0.877m。

格网电离层延迟模型的建立方法与试算结果

简要叙述了格网电离层延迟模型的建立原理 ,提出运用太阳 -地球坐标框架中的一阶球谐函数来模型化穿透点电离层延迟 ,以建立类似 WAAS的格网电离层模型的方法。用 11个参考站的实测数据试验性地建立了覆盖我国的格网电离层延迟模型 ,并用9个用户站的数据检验了电离层格网模型的精度。实例表明 ,用本文的方法利用 11个参考站可以建立覆盖我国大部分地区的格网电离层延迟模型 ,模型精度可达± 0 .7m。

利用CORS进行格网化电离层TEC实时监测

为了实现对区域电离层的实时监测，利用连续运行参考站观测到的双频GPS数据提取电离层总电子含量（TEC）信息．根据卫星和接收机硬件延迟在一定时间内比较稳定的特点，利用前一天计算的硬件延迟值来修正当日卫星传播路径上的总电子含量值，从而获得实时的电离层总电子含量．由此建立单历元多站多项式模型，结果表明：当基站间距离平均约为250km时，由7个基站共同建立的实时模型内外符合精度平均优于0．8TECU（1TECU=10抛电子数／m2），将实时模型计算的电离层延迟改正信息应用于静态单频PPP定位中，点位精度能够达到0．3～0．4m，与不进行电离层延迟改正的单频PPP定位结果相比提高80％左右．因此，进一步结合格网技术，可以实现区域电离层总电子含量的实时监测．

全球电离层格网模型精度影响因素分析

以2012年1月数据为例,分析了球谐函数模型的阶数和观测数据采样间隔对全球电离层模型建模时间和模型精度的影响,以及地磁场活动强度与模型精度的相关性。结果表明,模型阶数和采样间隔对建模时间和模型精度有很大影响;太阳和地磁场活动强度与模型精度的相关性为———模型精度随太阳和地磁活动强度的增强而降低。

空间纬度对于差分系统电离层格网性能的影响

基于广域精密实时定位系统试算的电离层格网改正数据,使用两种加权方法对参考站上空信号穿刺点的电离层延迟进行了估算,并利用估算出的穿刺点电离层格网计算延迟和实际测量的穿刺点电离层延迟进行了比较。结果表明对于不同位置的测站,中高纬度格网改正较好,低纬度较差,这与电离层的特性有关,并不是加权内插校正方案造成的。

格网电离层模型在单频精密单点定位中的应用

基于四点内插方法建立了选点内插模型,讨论了内插过程中的两种定权方法;利用4个IGS跟踪站连续3d的实测数据,采用单频精密单点定位方法,以坐标外符合误差为标准比较分析了两种内插模型和两种定权方法的效果。实验结果表明:两种内插模型和两种定权方法都是有效的,应用于单频精密单点定位时能够使点坐标外符合精度达到厘米级。最后,针对单频精密单点定位中电离层延迟误差的处理问题提出了具有参考性的建议。

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。

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。

不同电离层改正的PPP时间传递性能评估

为了进一步验证全球卫星导航系统(GNSS)电离层参数化模型及不同精度电离层改正产品在非差非组合精密单点定位(PPP)时间传递中的应用效果,提出一种不同电离层改正的PPP时间传递性能评估方法:分析比较无电离层组合PPP(IF-PPP)和非差非组合PPP(UDUC-PPP)时间传递模型与接收机钟差参数的差异;然后基于2020年年积日第11—31天欧洲永久跟踪站网数据进行实测数据验证,并选择其中202个跟踪站构建区域电离层格网图(RIM),比较全球电离层格网图(GIM)非差非组合PPP(GIM-PPP)及区域电离层格网图非差非组合PPP(RIM-PPP),基于5个外接氢钟的欧洲永久跟踪站网接收机实现进一步的PPP时间传递性能分析。结果表明,与传统IF-PPP模型相比,GIM-PPP和RIM-PPP模型PPP单向授时精度分别平均提高24%、44%,对于时间传递,IF-PPP、GIM-PPP和RIM-PPP模型重叠阿伦(Allan)方差百秒稳和千秒稳分别为9.36×10^(-14)、7.88×10^(-14)、5.11×10^(-14)和1.98×10^(-14)、1.78×10^(-14)、1.24×10^(-14);表明UDUC-PPP模型时间传递稳定性明显优于IF-PPP模型,而得益于高精度电离层模型,RIM-PPP可进一步提升GIM-PPP时间传递稳定性。

信息扩散估计在电离层格网模型建立中的应用

介绍了二维最优信息扩散估计的基本方法,将该方法应用于区域电离层格网模型的建立,实现过程中采用了自适应窗宽和逐级加密的方法改善模型效果,并结合具体算例证明了该模型的有效性。

利用GPS观测值建立格网电离层模型的探讨

介绍了建立格网电离层延迟模型的基本原理,着重阐述了多面函数算法、距离加权算法的原理以及用这2种算法建立区域格网电离层延迟模型的方法,并利用地壳网络观测数据对这2种算法进行检核。结果表明这2种模型均可达到±0.5 m 的精度。

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。

区域格网电离层建模空间插值方法研究

不同的空间插值方法对格网电离层模型的建模精度有重要影响。本文利用多元回归法、最小曲率法、反距离加权法、局部多项式法、克里金插值法5种空间插值方法,对青岛CORS网中分布均匀的基准站的数据提取的VTEC信息进行格网电离层插值建模,对比分析了各种插值方法的精度。结果表明:5种常用的空间插值方法中,克里金插值和最小曲率插值方法精度最高,反距离加权插值精度居中,多元回归和局部多项式插值精度最低并且模型结果失真较大。

电离层局部格网降分辨率层析方法

网格划分是电离层层析的重要一环,也是影响层析精度的重要因素之一。然而,现有研究更多地关注如何通过反演算法及模型来提高精度,较少关注格网划分这一手段。本文拟从格网划分这一角度来对电离层层析方法进行优化。先利用若干试验研究了格网分辨率与层像精度的关系,然后在此结论基础上提出了一种通过降低非感兴趣区域格网分辨率来提高感兴趣区域层像精度的方法。为验证本文方法的可行性,分别开展了两个不同的层析试验。两个试验同时表明:相对于传统的格网划分方法,本文方法在均方根误差、平均绝对误差、68%及95%百分位、标准差等多个精度指标上均具有优势。根据本文试验,利用本文方法均方根误差及平均绝对误差可望分别减少15%至40%。

地基GNSS区域电离层延迟实时格网算法研究

采用中国区域陆态网络跟踪站的GNSS数据,利用载波相位平滑后的组合伪距观测值提取电离层延迟,扣除由CODE产品确定的卫星硬件延迟,利用半变异函数确定VTEC的空间相关性以及由经验值确定的时间相关性,建立VTEC和接收机DCB的随机模型,实现区域电离层实时格网建模。结果表明,模型99.7%的残差分布在1m以内,内符合精度约0.3m。以IGS电离层GIM为参考,格网点VTEC周日变化特征与之符合较好。接收机硬件延迟比较稳定,日变化量在1.5ns以内;利用IGS卫星硬件延迟和球谐系数,从原始观测信息中分离出区域测站接收机硬件延迟,以此为参考,周日均值较差在2ns以内。

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。

Linux Shell在电离层TEC格网数据提取和分析中的应用

电离层延迟误差是卫星导航和定位中不可忽略的重要误差,全球电离层总电子含量(TEC)格网数据因其将全球按规则的经纬度格网化,并给出了相应格网点的电离层TEC值,从而为用户使用提供了极大的便利.本文基于Linux Shell脚本编写简单、快速和容易维护等优点,利用Shell脚本对电离层TEC格网数据进行提取和分析处理,主要包括全球和自定义区域电离层TEC数据提取、均值计算、格网经纬度互差计算、最值提取等应用,可为基于全球电离层格网(GIM)数据对全球或区域电离层TEC周年变化、季节变化、周日变化规律以及时空变化特性等相关规律的分析研究提供一定的参考.

WAAS电离层格网播发特性及其性能评估

电离层格网信息决定了RTCA协议下的SBAS增强系统的服务等级。通过对WAAS 3颗GEO卫星播发的电离层格网信息进行长期分析,获得了RTCA协议下格网电离层在电文编排、更新周期、格网分布等方面的详细播发特性。通过解析实际WAAS电离层格网电文,设置不同的可用性条件,详细分析了每个格网点的可用性,得到当以GIV EI=15为门限值时,WAAS播发263个可用性为100%的电离层格网信息,覆盖包括整个北美大陆及海岸线20°以外的大部分地区。通过对比WAAS采用的Kriging和部分其他增强系统采用的IDWK插值方法的格网可用性,得出结论:IDWK方法仅对参考站布设范围内的格网点具有较高的可用性,Kriging插值方法以增加GIVE为代价,大幅拓展了可用格网点覆盖范围,但也造成脱离大陆的夏威夷群岛上空的格网点完全不可用。利用CODE发布的GIM模型对WAAS可用格网点的格网改正精度进行分析,得到,当GIV EI<14时,不同GIVEI格网电离层垂直延迟的改正精度差异较小,GIM评估的格网电离层垂直延迟的改正精度与纬度相关性较大。在中低纬地区虽然穿刺点分布密集,但其格网改正精度低于高纬地区。