北斗星基增强电离层模型精度评估与分析

针对如何有效地对北斗星基增强系统(SBAS)电离层在模型精度、模型时效性等方面进行综合评估,提出了一种修正的CODE格网模型,通过增加国内陆态网监测站观测数据,提升了CODE格网模型精度。以此模型为基准,利用2020年近一个月的数据分析了北斗区域格网电离层模型和北斗SBAS电离层模型的延迟误差、改正比例的变化以及在全球的覆盖范围,并从全球不同纬度带比较了北斗基本导航和星基增强电离层模型的精度。结果表明：修正的CODE模型精度符合评估要求,且与我国电离层实际变化情况更吻合,北斗区域格网电离层模型和北斗SBAS电离层模型精度相当,优于0.3m,改正比例均优于80%,但北斗SBAS电离层模型覆盖范围明显更大。     

不同电离层模型对北斗共视的精度影响分析

GNSS共视时间传递已成为远程高精度时间同步的主要技术手段之一,我国自主研制的北斗导航系统已经服务于亚太地区,基于北斗共视进行高精度时间传递已成为我国时频领域的研究热点。为了提高导航系统定位精度,需降低或消除导航定位过程中的各类误差,其中电离层为影响北斗共视的主要误差。研究了常用的几种电离层修正算法,利用2014年7月份的观测数据分析不同电离层模型对北斗共视钟差的精度影响,给出了残差标准差和稳定度值。分析结果表明:经各种电离层修正后,钟差精度都有所提高,其中双频电离层修正最优,比VTEC格网模型和Klobuchar模型分别提高22%和30%。对于不同星座,GEO卫星计算的钟差修正后精度明显优于MEO、IGSO卫星。     

北斗单点定位的误差补偿方法

北斗是我国自主研制的卫星导航定位系统,当前北斗的单点定位精度优于10m。为提高该系统的定位精度,必须对由其误差源引起的定位误差进行修正。基于对北斗卫星导航系统的组成、定位算法及定位误差的认识,对导航系统定位中星历误差、电离层误差和对流层误差进行了深入分析,提出了减小星历误差的曲面模型、减小电离层误差的双频组合消电离层模型和减小对流层误差的高精度区域融合模型的单点定位误差补偿方法,并应用Matlab软件对修正模型方法进行仿真计算。对比修正前后的定位结果,修正后的定位误差更小,证明了所提出的修正模型是可行的。     

GPS广域增强系统电离层延迟网格修正算法的研究

建立了一种广域增强系统地面监测网对电离层延迟的观测数据生成网格修正值算法,并在天津,长春,西安三地通过用双频接收机同时采集的电离层延迟实测数据,对广域增强系统的电离层网格修正法的修正精度进行验证,并与一般用户目前采用的Ｋｌｏｂｕｃｈａｒ模型修正法进行了比较,结果表明,电离层延迟网格修正法的修正精度普遍大于８０％,优于Ｋｌｏｂｕｃｈａｒ模型修正法,是一种精度较高的电离层实时修正法。     

多模多频卫星导航系统码偏差统一定义与处理方法

精确处理和修正观测量偏差（OSB）是有效发挥多模多频优势,提升GNSS服务和应用效能的前提和基础，已成为国内外卫星导航高精度定位领域研究的热点问题之一。国际GNSS服务组织（IGS）和国际大地测量协会（IAG）专门成立了工作组推动相关工作。然而，目前有关观测量偏差处理的方法仍存在着定义不统一、求解不严密、使用不便捷等突出问题，给实时高精度定位应用带来诸多不利因素。针对此，首先阐述了中国科学院（CAS）电离层分析中心码偏差产品的定义、估计策略和使用方法，然后给出了部分精度评估和分析。结果表明：CAS、CODE和DLR发布的码偏差参数一致性优于0.30ns，CAS码偏差月稳定性优于0.15ns。相关工作对于推动多模多频GNSS在电离层监测、高精度定位和授时定时等领域的应用具有重要参考价值。     

基于DOA-BP神经网络的电离层TEC短期预测

影响全球导航卫星系统（GNSS）所需导航性能（RNP）的最大误差源之一是电离层延迟,该延迟与电离层总电子含量（TEC）成正比,因此TEC的准确预测直接影响到GNSS的RNP。探索性地使用2021年提出的澳洲野犬优化算法（DOA）优化反向传播（BP）神经网络,构建DOA-BP神经网络TEC短期预测模型,以欧洲定轨中心（CODE）提供的电离层TEC值作为数据集,训练、测试DOA-BP TEC短期预测模型,实现全球范围和中国区域不同电离层格网点处TEC值的高精度短期预测,并将预测结果分别与传统BP神经网络模型、麻雀搜索算法（SSA）优化的BP神经网络模型（SSA-BP）预测的TEC值进行对比分析,结果表明,相较传统BP模型,DOA-BP模型的TEC预测精度明显提高,且相比其他优化模型（如SSA-BP模型）,预测的TEC精度也占一定优势,能准确反映全球不同时空下电离层TEC的变化特征,可作为电离层TEC短期预测的一种新方法。     

电离层顶部电子含量对GNSS电离层层析的影响分析

卫星信号射线上的总电子含量(slant total electron content, STEC)是像素基全球卫星导航系统电离层层析(computerized ionospheric tomography, CIT)建模的必要数据来源，但电离层层析通常忽略1 000 km以上的顶部电子含量，为弄清这部分电子含量对层析结果的影响，利用NeQuick2模型计算站星视线上的STEC与其在电离层区域内的STEC比值来改正原始数据，并分别利用改正前后的STEC进行电离层层析。结果显示，电离层顶部电子含量占比约为10%，白天占比略大于黑夜，与测高仪站的数据相比，改正后的均方根值比改正前提高了20%以上；与Swarm卫星提供的电子剖面数据对比，改正后的层析结果精度较改正前提升了19.6%左右，且该方法受地磁扰动影响较为明显。总的来说，利用CIT进行小尺度电离层探测，可较直观地看出，顶部电子含量对层析结果的影响较大，需要采取相应手段予以剔除。     

三频GPS改正电离层折射误差高阶项的方法

在研究电离层折射对GPS测量的影响及电离层折射误差模型的基础上,采用电离层折射误差双频改正方法,针对GPS现代化和Galileo计划中增加的第三个民用导航频率,提出了运用三频观测值将电离层折射误差改正至二阶项的方法；并系统地推导了三频载波相位观测值无电离层折射组合方程,从而进一步提高了GPS的定位精度。     

利用改正数信息的北斗三号实时精密单点定位及性能分析

北斗三号全球卫星导航系统已正式建成并开通服务。为了利用实时改正数信息系统地揭示北斗三号精密单点定位性能，并为用户提供理论依据和应用参考，首先解算了卫星实时精密轨道、钟差及其改正数，分析了其精度。然后基于实时改正数信息，利用监测站广播星历和观测数据，分别进行了双频静态、双频仿动态、单频静态和单频仿动态仿实时精密单点定位，以评估其性能。结果表明：北斗三号MEO卫星实时轨道和钟差精度均值分别约为12cm和0.2ns，满足实时精密单点定位需求。静态实时精密单点定位精度优于动态，双频优于单频，均可达到分米级。对于定位收敛时间，双频静态最短，约为40min；双频动态和单频静态均约为85min；单频动态最长，约为120min。     

电离层对民航卫星导航应用影响分析

对于应用卫星导航的民用航空运行而言,电离层是一种最为复杂的导航误差影响因素。由于电离层存在模型复杂、异常扰动和闪烁、电离层风暴的特性,尤其在太阳活动期间,可对民航导航带来致命性的影响,影响航空正常运行,国际上针对消除电离层误差提出了单一模型、相对定位以及广域增强等方法,目前国际民航组织也在开展电离层数据收集和构建区域电离层模型的工作。针对电离层形成原因与特性、消除电离层手段、电离层对民用航空导航的影响以及相应的解决措施,提出了民用航空消除电离层误差的方法和设想。     

基于民航校验飞机的星基增强服务性能评估CSCD

为了进一步拓展全球卫星导航系统(GNSS)在民用航空等高生命安全领域的应用,世界各国争相发展星基增强系统(SBAS),美欧等SBAS已正式向民用航空领域提供了决断高度200英尺(约60.96m)的垂直导航信标性能(LPV-200)服务。我国的BDSBAS也已经完成系统建设,将向中国及周边区域提供满足国际民航组织(ICAO)一类垂直引导进近(APV-I)指标要求的单频增强服务。重点针对单频增强服务性能评估开展研究工作,首先从定位精度、完好性、可用性和连续性四个方面对星基增强服务评估方法进行了论述;再通过多次航空飞行试验对BDSBAS单频增强服务性能进行了验证,结果表明,航空飞行试验期间可满足APV-I设计指标要求;最后对BDSBAS单频增强服务在全国301个中大型机场的可用性进行了分析,非精密进近(NPA)可用性、APV-I可用性、LPV-200可用性在全国机场的覆盖率分别达到了97%、89.7%和83.1%。     

惯性辅助的北斗导航故障自适应方法研究

北斗导航系统完好性是指北斗导航系统不能用于导航服务或导航精度超出给定范围时,具备及时发现故障并通知用户的能力.针对北斗导航完好性检测问题,为改善北斗导航定位系统的精度、连续性、完好性和可用性,研究了基于惯性辅助的北斗导航故障检测方法,设计了北斗导航系统的量测修正与故障检测实现方案,构建了基于新息正交性的自适应滤波北斗/SINS紧组合导航架构,根据滑动窗口内新息动态变化特性修正系统量测噪声方差,在北斗导航信号受到较大干扰、发生异常的情况下,对品质较差的卫星测量信号进行识别,并对检测超出一定阈值的突变卫星信号实现故障隔离,从而提高系统适应能力,增强北斗/SINS紧组合导航系统容错性.构建了北斗/SINS组合导航系统仿真验证模型,结果表明,基于惯性辅助的北斗导航方法能够有效检测出卫星信号故障,提高了系统的适应性和定位精度.     

空间信号完好性监测技术研究

星基增强导航系统(SBAS)通过向用户提供用户差分距离误差(UDRE:User Differential RangeError),来保证广播星历和星钟改正数的精度。本文设计了UDRE的一种改进算法,建立卫星导航系统星钟和星历误差的状态方程和量测方程,进行卡尔曼滤波计算星历与星钟误差改正数与改正精度,通过滤波误差估计精度矩阵计算UDRE,并做了相应的仿真分析和比较,结果表明:改进算法能够对UDRE做出更好的估计来满足星历及钟差改正误差相对应的伪距误差的置信限值。     

无线电掩星技术在大气探测的应用

通过介绍GPS在大气探测中的应用,引入了一种新的研究大气模型的方法——无线电掩星技术。阐明了无线电掩星技术的发展历程、反演原理及应用前景,并结合我国航天实际,提出了一种利用北斗导航系统进行大气参数反演,修正航天器轨道测量数据,从而提高定轨精度的新思路。     

基于北斗的ADS-B技术在我国通用航空中的应用

通用航空在我国发展迅速，但低空空域监视技术一直是其发展的瓶颈，提出了采用基于北斗的ADS—B技术作为解决问题的方法。介绍了ADS-B技术，分析了实现东北地区低空覆盖所需的地面站数量；设计了基于北斗的ADS—B通航监视系统，提出了发展该技术的建议措施。     

北斗星座仿真的单天线姿态确定技术研究

载体姿态测量的实际需要和多天线姿态测量的局限性决定了单天线姿态测量系统拥有广泛的发展前景。分析了单天线测姿的应用价值和基本原理,从我国的具体国情出发,提出了基于北斗卫星星座仿真的单天线姿态确定技术研究的方法。利用STK平台对目前组网运行的北斗卫星星座和理想的北斗满卫星星座进行了仿真,利用Matlab平台进行了实验,仿真实验结果和误差分析表明,北斗卫星星座仿真的单天线姿态确定技术在适用条件和测姿准确性等方面效果理想,在一定精度要求下满足应用需要,对建立实用可靠的单天线测姿具有积极的推动作用。