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.     

WAAS系统中电离层折射校正的新方法及计算结果

电离层介质的色散性是影响电磁波信号进行卫星导航定位精度的重要因素之一.配合北斗二代分系绩研制任务,提出了一种新的电离层折射校正算法,并利用2000年7月1日到3日的双频GPS观测数据对6个用户站进行试算,进一步将试算所得均方根误差和电离层网格算法得到的误差进行比较.结果表明,对于中纬区域的用户站,估算的TEC误差约为0.5 m左右;而低纬用户误差相对增大,为1 m左右.文中给出的算法与电离层网格模型所提供的精度相差不多,在未来中国自主的卫星增强系统中采用新方法进行电离层进行修正是可行的及有效的.      

观测站稀疏地区的WAAS电离层时延网格修正算法

在改进的广域增强系统电离层时延网格算法的基础上，给出了针对观测量比较少的地区比较适用的电离层时延网格修正算法，并通过模拟数据和GPS实测数据与原方法进行了分析比较．结果表明，在观测站稀疏的情况下，本文的计算方法模式的精度比原方法有较大的提高．     

北斗区域Klobuchar改进模型及其修正精度分析

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,由于此模型从亚洲地区应用角度考虑,在某一特定区域的修正精度甚至不足50%。为进一步提高区域电离层延迟修正精度,提出在原模型8个改正参数的基础上增加5个关键参数的Klobuchar改进模型,并采用松弛迭代与直线搜索法中的黄金分割相结合的算法对新增参数进行求解。以天津及其附近区域为例,利用GPStation6接收机采集到的实测数据对改进模型与原模型进行计算。将国际全球导航卫星系统服务组织（International GNSS Service,IGS）发布的全球电离层格网数据作为参考值,对比分析改进模型与原模型的修正精度。结果表明,区域Klobuchar改进模型在天津及其附近区域的电离层延迟平均修正精度比原模型提升了10.46%,平均修正精度达到77.51%。     

一种稀疏布站条件下的区域电离层改正方法研究

研究了WAAS卫星导航系统的格网电离层改正方法,分析了中国区域电离层分布特性,根据中国区域内稀疏布站的条件,MEO卫星和GEO卫星运动特点,以及C波段GEO卫星电离层延迟特性,提出了利用距离幂指数权重内插进行电离层延迟改正的方法。使用IGS公布的电离层数据,分别利用格网电离层权重方法和距离幂指数权重内插法进行Matlab仿真计算。然后,将结果与IGS事后精密产品进行比较,证明在中国区域内稀疏布站条件下,距离幂指数权重内插法对于电离层延迟具有较理想的改正效果。     

基于双频GPS观测的电离层TEC与硬件延迟反演方法

利用全球定位系统（Global Positioning System,GPS）的双频观测数据反演得到电离层的总电子含量（Total Electron Content,TEC）,使得广域甚至全球范围高时空分辨率的电离层观测研究成为可能,但由于GPS卫星和接收机对信号的硬件延迟可导致TEC测量系统偏差,因此,需要探索反演TEC并估测GPS卫星与接收机硬件延迟的有效算法.本文根据电离层电波传播理论,阐述了基于双频GPS观测提取电离层TEC的方法,给出TEC与硬件延迟的基本关系.综合研究了TEC与硬件延迟的反演方法,进行分析与归纳分类,在此基础上提出了有待深入研究的问题.      

基于极大验后推估理论的全球电离层地图预报

提出了一种基于极大验后估计理论的全球电离层预报方法，基于中国科学院电离层分析中心（CAS）提供的快速全球电离层地图（GIM），实现了1天、2天和5天GIM的预报。以国际GNSS服务组织（IGS）最终GIM、Jason测高卫星提供的电离层观测信息及全球GNSS基准站实测电离层总电子含量（TEC）为基准，评估了2008－2017年CAS电离层预报GIM在全球大陆及海洋区域的精度，并与欧洲定轨中心（CODE）、欧洲空间局（ESA）和西班牙加泰罗尼亚理工大学（UPC）的预报GIM进行对比。在评估时段内，与IGS-GIM相比，CAS预报GIM精度为2.4~3.1 TECU；与测高卫星TEC相比，CAS预报GIM的精度为5.1~6.6 TECU；与全球基准站实测TEC相比，CAS预报GIM的电离层延迟修正精度优于80%。总体来看，CAS预报GIM与CODE预报GIM精度相当，显著优于ESA和UPC预报GIM。      

Klobuchar模型的实用分析与改进

电离层延迟误差是无线电信号传播中不可忽视的误差源.GPS特许用户利用双频接收机的双频观测值直接对电离层延迟进行实时测定,其所得结果精度很高.多数普通用户所使用的单频接收机依靠电离层模型对其进行误差修正,效果不很理想.本文通过WUHN观测站双频接收机10天的实测数据对GPS广播星历采用的Klobuchar模型进行了验证,其结果与前人论述相一致.此外,经由反映太阳活动强度的太阳相对黑子数对Klobuchar模型提出了新的改进方法.实验数据结果表明,该方法对此模型修正效果有大幅提升,对原模型修正效果>50%的修正率由60%左右提升至85%以上,>80%的修正率由10%左右提升至40%以上.在实际应用中单频接收机用户可以参考本文改进方法对Klobuchar模型进行修正.      

南极GPS定位中的电离层延迟分析

基于南极地区国际GNSS服务组织(IGS,International GNSS Service)跟踪站的全球定位系统(GPS,Global Position System)双频实测数据,分析了南极地区电离层延迟的变化情况及其二阶项延迟对南极GPS定位结果的影响.结果表明:南极地区的总电子含量(TEC,Total Electron Content)日间波动频繁,其日间TEC最大值变化较中纬度地区剧烈;在南极地区夏季,电离层二阶项延迟对GPS定位结果的影响可达cm级.同时,由于欧洲定轨中心(CODE,The European Center for Orbit Determination)提供的全球电离层模型(GIM,Global Ionosphere Maps)在南极区域应用的局限性,通过选取南极地区6个IGS跟踪站作为基准站建立了区域电离层TEC模型(RIM,Regional Ionosphere Model).经实测数据计算证明,对于南极地区,RIM的定位精度在一定程度上优于全球电离层模型GIM.     

三频信标高精度TEC测量新方法

电子总含量(TEC)是电离层探测的主要参量之一, 作为层析(CT)的输入参量, TEC测量精度直接影响电离层CT成像的结果. 过去主要采用双频信标测量TEC, 由于相位积分常数的求解、系统硬件延迟等误差, 使得TEC测量结果不能满足电离层CT高精度重建成像的要求. 三频相干信标技术的出现, 使得电离层天基测量技术有了新的发展. 提出了基于三频信标的传播时延-相位联合测量反演TEC的方法, 融合三频信标在电子密度随机起伏探测和相位积分常数计算两方面的优势, 进一步提高了TEC的测量精度. 模拟结果显示利用此方法的三频信标TEC测量结果提高了电离层CT的精度.      

Evaluation of COMPASS ionospheric model in GNSS positioning

As important products of GNSS navigation message, ionospheric delay model parameters are broadcasted for single-frequency users to improve their positioning accuracy. GPS provides daily Klobuchar ionospheric model parameters based on geomagnetic reference frame, while the regional satellite navigation system of China’s COMPASS broadcasts an eight-parameter ionospheric model, COMPASS Ionospheric Model(CIM), which was generated by processing data from continuous monitoring stations, with updating the parameters every 2 h. To evaluate its performance, CIM predictions are compared to ionospheric delay measurements, along with GPS positioning accuracy comparisons. Real observed data analysis indicates that CIM provides higher correction precision in middle-latitude regions, but relatively lower correction precision for low-latitude regions where the ionosphere has much higher variability. CIM errors for some users show a common bias for in-coming COMPASS signals from different satellites, and hence ionospheric model errors are somehow translated into the receivers’ clock error estimation. In addition, the CIM from the China regional monitoring network are further evaluated for global ionospheric corrections. Results show that in the Northern Hemisphere areas including Asia, Europe and North America, the three-dimensional positioning accuracy using the CIM for ionospheric delay corrections is improved by 7.8%–35.3% when compared to GPS single-frequency positioning ionospheric delay corrections using the Klobuchar model. However, the positioning accuracy in the Southern Hemisphere is degraded due apparently to the lack of monitoring stations there.     

GNSS电离层模型改正精度评估与分析

电离层时延误差是导航定位信号在空间传播路径上的主要误差源之一,因此全面了解GNSS电离层模型的改正精度具有一定现实意义.根据GPS,BDS和Galileo系统所采用的电离层修正模型,利用2014年电离层校正参数,以高精度全球电离层图为基准,评估分析了三大系统电离层时延的改正精度.结果表明:目前GNSS使用的几种电离层修正模型的改正率在65~75%左右;Galileo系统使用的第二版NeQuick模型与第一版NeQuick模型相比在修正精度上并无显著提高;GPS使用的Klobuchar 8参数模型在北半球25°-45°N的中纬度地区精度很高,但是在全球其他区域精度较低,分布性较差,而NeQuick模型全球改正率分布则较为平均且平滑.      

基于GPS信号的电离层S4指数计算方法研究

电波穿越电离层时,由于受到电离层不均匀结构的影响,电波的幅度、相位、时延等有时会发生快速抖动,这就是所谓的电磁波电离层闪烁现象.电离层闪烁会影响卫星通信系统的质量和导航系统的精度.本文分析了GPS信号研究电离层闪烁的基本原理,讨论了电离层闪烁监测中S4指数的计算方法及其修正方法.通过数据模拟,评估了原始S4指数计算方法及其修正方法的性能特点.针对原始S4指数计算方法及修正方法的不足,提出了一种新的修正方法,并采用实测GPS数据对上述方法进行了检验.结果表明,上述方法是有效的和可靠的.      

改进的WAAS电离层时延网格修正算法

在考虑电离层倾斜的基础上给出了一套改进的广域增强系统电离层时延网格算法，并通过模拟数据和GPS实测数据与原方法进行了分析比较。结果表明，同样条件下不考虑倾斜时产生的方差为考虑倾斜度时的2倍。     

Klobuchar电离层模型误差分析及预测

电离层延迟误差是全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)中的重要误差源之一.目前在电离层延迟改正模型中,应用最广泛的是Klobuchar参数模型,但是该模型的改正率仅能达到60％左右,无法满足日益增长的精度需求.将国际GNSS监测评估系统(internation...     

基于空间统计方法的电离层折射修正技术

针对中国上空电离层所具有的特殊性和GPS观测站在中国西部分布相对稀疏的特点, 尝试探索中国卫星增强系统电离层时延信息修正技术, 为卫星导航定位以及遥感、遥测等空间应用工程的电波修正提供数据. 利用中国地壳形变监测网提供的双频GPS数据, 以空间统计方法为主要工具, 给出了普通Kriging电离层估计算法, 构建了平静期和磁暴期电离层理论变异模型, 详细分析了电离层折射修正的精度. 结果表明, 将空间统计方法应用于卫星增强系统中的电离层时延改正问题, 有利于提高增强系统的电离层折射修正精度, 特别是在观测样点相对较少的情况下, 有利于系统完整性的实现.      

基于NTCM-BC模型的全球卫星导航系统单频电离层延迟修正

选择NTCM-BC模型作为单频电离层延迟修正模型,通过非线性最小二乘拟合的方法,利用提前一天预测的电离层图（COPG文件）,计算得到NTCM-BC模型修正系数;利用Klobuchar模型和IGS发布的GIM数据对NTCM-BC模型进行比较和分析.对太阳活动高、中、低年实测数据的分析结果表明:全球平均水平上,NTCM-BC模型的电离层延迟修正性能明显优于Klobuchar模型,NTCM-BC模型的TEC平均误差和均方根误差比Klobuchar模型分别下降了41%和30%;模型的TEC计算误差与太阳活动剧烈程度成正相关,即太阳活动高年模型误差较大,太阳活动低年误差相对较低.相较于磁静日,磁扰日期间Klobuchar模型和NCTM模型的误差均有一定程度的增加.此外,模型的电离层修正误差同时存在明显的纬度、季节和地方时差异.      

Ionospheric correction using GPS Klobuchar coefficients with an empirical night-time delay model

We proposed an ionospheric correction approach called NKlob to mitigate the ionospheric delay errors. NKlob is a modification of the original GPS Ionospheric Correction Algorithm (ICA), which uses an empirical night-time model depending on the time, geomagnetic location and periodicities of the ionospheric behavior to replace the night-time constant delay in GPS ICA. Performance of NKlob was evaluated by the independent total electron contents (TECs) derived from Global Ionospheric Maps (GIMs) of the International GNSS Services (IGS) and Jason-2 altimetry satellite during 2013–2017. Compared to GIM TECs, NKlob corrects 51.5% of the ionospheric delay errors, which outperforms GPS ICA by 6.3%. Compared to Jason-2 TECs, NKlob mitigates the ionospheric errors by 58.1%, which is approximately 3.7% better than that of GPS ICA. NKlob shows significant improvement in low-latitude and equatorial regions with respect to GPS ICA, meanwhile exhibiting comparable performance at middle and high latitudes. Since NKlob only requires slight technical changes at the processing level of GPS receivers, we suppose that it can be easily implemented for better ionospheric delay corrections of real-time GPS single-frequency applications.