利用北斗观测数据实时监测中国区域电离层变化

北斗卫星导航信号采用三个频点工作,可以利用伪距双频组差方法解算电离层电子含量,为实时监视中国区域电离层变化提供新的技术手段.中国中低纬度处于电离层赤道异常变化区,在北纬20°±5°区域时常发生较大梯度的电离层变化.利用北斗实时多频伪距和相位观测数据,采用相位平滑伪距方法计算电离层穿刺点电子含量,分析通过北斗系统GEO卫星监测的电离层周日变化特性;采用多面函数方法拟合中国区域1°×1°分辨率的电离层延迟量,每5min绘制一幅中国区域电离层图,观测区域所有电离层穿刺点拟合残差RMS为2.778TECU;分析北斗系统实时监测中国区域电离层异常情况,当发生电离层异常变化时,相邻两天的VTEC（Vertical Total Electronic Content）峰值相差约60TECU.      

利用GPS技术实时监测上海区域电离层变化

基于GPS技术实时监测电离层变化原理, 利用载波平滑伪距观测值建立区域电离层模型的方法, 计算了电离层延迟量和硬件延迟, 根据硬件延迟值相对稳定的特点, 采取一定时段求解出硬件延迟量, 对实时硬件延迟量进行预报, 进而实时分离GPS信号传播路径上的垂直总电子含量VTEC. 利用上海区域内的GPS网的观测数据, 建立实时上海区域电离层延迟模型, 监测上海区域的电离层变化. 数据分析结果表明, 这种方法的内符合精度优于3 TECU.      

多GNSS全球电离层建模特性及其精度检验

分别以GPS单系统和融合BDS,GPS,GLONASS三系统两种方案,采用载波相位平滑伪距观测值和球谐函数,构建了全球电离层延迟模型并进行了对比和分析.本文以GPS单系统和融合三系统两种方法反演了2014年1月每日电离层变化过程,解算得出了频间偏差的月综合产品,并对结果进行了对比和分析.事实上,三系统融合不仅增加了可观测的卫星数,而且改善了穿刺点的几何分布.分析结果表明,三系统融合反演全球电离层在精度上优于GPS单系统,均有5~10 TECU的提高.计算得到的频间偏差结果显示,GPS优于GIONASS,BDS稳定性则较次之.     

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。     

北斗系统UERE及定位精度评估

用户测距误差（URE）与用户设备误差（UEE）是影响定位精度的主要因素.民航是北斗系统的高端用户,监测其对民航机场的覆盖性和服务性能十分必要.本文根据华东、华南、华北、西北地区4个民航机场观测站的北斗实测数据,分析了各机场卫星的可见性.根据URE的解算方法、电离层修正模型、对流层修正模型以及定位精度的评估方法,给出了对应的性能评估结果.研究发现:可见星数均在6～14颗,满足定位要求; 95%置信度下,电离层延迟优于7.50m,对流层延迟优于13.28m,地球静止轨道卫星（GEO）、倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）、中圆轨道卫星（MEO）卫星的URE值分别优于2.36m,1.72m,2.59m,满足北斗规范的要求;95%置信度下,定位精度水平方向优于3.63m,垂直方向优于6.98m.结果表明北斗系统在民航机场监测站的覆盖性及服务性能良好.      

一种地基GNSS接收机差分码偏差估算方法

GNSS不同频点间的码伪距作差会引入信号的差分码偏差(DCB),包括GNSS卫星及地面接收机的DCB.本文提出一种地基GNSS接收机差分码偏差参数估算方法,首先由电离层文件参数作线性插值,计算出电离层延迟误差.之后对IGS站观测文件进行加权最小二乘法估计,得到GPS卫星和地面GNSS接收机的L1C频点和L2P频点间码偏...     

北斗首颗备份卫星性能初步分析

主要从卫星钟差预报、轨道测定精度、伪距波动情况等角度分析了I6卫星与北斗卫星导航系统（BDS）其他现役倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星的异同,并从位置精度因子（PDOP）和格网可用性评估了I6卫星入网对BDS的贡献。利用星地双向时频传递设备观测的星地钟差数据,评估了I6卫星星载原子钟的预报性能,结果表明,I6卫星发播的卫星钟参数外推5h预报误差的均方根误差（RMS）为232ns,外推1h预报误差的RMS为073ns,与现役IGSO卫星钟差预报水平相当;对多星联合精密定轨结果分析表明,与北斗现役I3卫星相比,姿态控制方式优化后的I6卫星在地影期间的轨道精度并未发生明显衰减,克服了现有北斗二号卫星在地影期间轨道精度下降,从而影响北斗服务的连续性、可用性问题;利用大口径抛物面天线采集到的数据对I6卫星的伪距波动进行了分析,结果表明I6卫星单个观测弧段内其伪距波动峰峰差约为1m,与其他IGSO卫星一致;进行PDOP仿真计算,结果表明I6卫星的加入使得喀什地区的PDOP最大值由1282下降为726,PDOP大于6的时段所占百分比由2911%下降为1721%;对格网电离层产品实施解算,结果表明I6卫星的加入使得6个电离层格网点的可用度提升至95%以上。     

“北斗”导航卫星定轨残差特征提取与分布检验

针对"北斗"导航卫星定轨残差中非建模系统误差问题,提出基于总体平均经验模式分解(EEMD)与Hilbert谱分析相结合的定轨残差特征提取方法,并对定轨残差正态分布特性进行卡方检验。首先,分析总体经验模式分解原理,提出滤波辅助的改进EEMD方法与Hilbert谱特征提取结合,建立定轨残差特征提取模型,并阐述卡方检验正态分布原理;然后对北斗导航卫星伪距与载波相位数据定轨残差特征进行分析;最后将提出的方法应用于多测站、多北斗GEO卫星的定轨残差分析中。结果表明,EEMD与Hilbert谱方法有效提取出了定轨残差中1天的轨道周期项,且EEMD处理后定轨残差的卡方统计量为5.5,其值小于卡方检验临界,可视为正态分布。该方法可为北斗定轨残差中非建模系统误差分离、提高定轨内符合精度提供有效技术手段。     

北斗三频相位观测值线性组合研究

以北斗三频数据为基础,给出了北斗三频组合观测值的数学模型并系统分析了组合后的波长、电离层误差以及观测噪声误差;在保持整周模糊度整数特性的前提下,以整数线性变换法为基础,通过Matlab编程实现组合系数的优化选取。通过将不同组合系数应用于伪距相位法三频数据周跳探测中,发现组合系数之和不为0的组合周跳探测值均在0.5周以上,且组合系数之和越大,波动越大;通过将不同组合系数应用于无几何CIR法三频数据模糊度解算中,发现系数之和不为0,但波长较长的组合求得的模糊度残差值大致在0.6周,通过合适的模糊度搜索方法可以得到正确的模糊度固定解,在短基线模糊度解算中可以考虑使用。     

风云三号C星GNOS北斗掩星电离层探测初步结果

利用风云三号卫星C星GNOS掩星探测仪电离层数据,分析了2013年10月FY-3C GNOS探测的北斗掩星电离层廓线分布,将2013年10月1日至2015年10月10日期间FY-3C GNOS观测的F₂层峰值电子密度（N_mF₂）与地面电离层测高仪观测结果进行对比,验证了FY-3C GNOS北斗电离层掩星的探测精度.结果表明,FY3-C GNOS北斗电离层掩星与电离层测高仪探测的N_mF₂数据相关系数为0.96,平均偏差为10.21%,标准差为19.61%.在不同情况下其数据精度有如下特征:白天精度高于夜晚;夏季精度高于分季,分季精度高于冬季;中纬地区精度高于低纬地区,低纬地区精度高于高纬地区; BDS倾斜同步轨道（IGSO）卫星精度高于同步轨道（GEO）卫星和中轨道（MEO）卫星.FY-3C GNOS北斗电离层掩星与国际上其他掩星电离层数据精度的一致性对GNSS掩星探测资料的综合利用具有重大意义.      

Correction model of BDS satellite-induced code bias and its impact on precise point positioning

There are code biases on the pseudo-range observations of the Beidou Navigation Satellite System (BDS) that range in size from several decimeters to larger than one meter. These biases can be divided into two categories, which are the code biases in the pseudo-range observations of Inclined Geo-Synchronous Orbit (IGSO) satellites and Medium Earth Orbit (MEO) satellites and the code biases in the pseudo-range observations of Geosynchronous Earth Orbit (GEO) satellites. In view of the code bias of the IGSO/MEO satellites, the code bias correction model is established using the weighted least square curve fitting method. After the correction, the code biases of the IGSO and MEO satellites are clearly mitigated. A methodology of correcting GEO code bias is proposed based on the empirical mode decomposition (EMD)-wavelet transform (WT) coupled model. The accuracies of the GEO multipath combination of the B1, B2 and B3 frequencies are improved by 39.9%, 17.9%, and 29.4%, respectively. Based on the corrections above, the ten days observations of three Multi-GNSS Experiment (MGEX) stations are processed. The results indicate that the convergence time of the precise point positioning (PPP) can be improved remarkably by applying a code bias. The mean convergence time can be improved by 14.67% after the IGSO/MEO code bias correction. By applying the GEO code bias, the mean convergence time can be further improved by 17.42%.     

Higher order ionospheric error correction in BDS precise orbit determination

The ionospheric error affects the accuracy of the Global Navigation Satellite Systems observation and precise orbit determination. Usually, only the first order ionospheric error is considered, which can be eliminated by the ionospheric-free linear combination observation. But the remaining higher order ionospheric error will affect the accuracy of observations and their applications. In this paper, the influence of the higher order ionospheric error have been studied by using the International Geomagnetic Reference Field 13 and the Global Ionosphere Maps model produced by the Center for Orbit Determination in Europe. Focus on ionospheric error, the experiment of paper at doy 302 in 2019, which show that the second order ionospheric error impacting BeiDou Navigation Satellite System (BDS) B1I and B3I observation is 6.3569 mm and 11.8484 mm, respectively. Whereas, the third order ionospheric error impacting BDS B1I and B3I observation is 0.1734 mm and 0.3977 mm, respectively. Due to the current measurement accuracy of BDS carrier-phase observation can reach 2 mm, the influence of high order ionospheric error on observation should be considered. For BDS precise orbit determination, the orbit overlapping results are indicated that its orbit accuracy can be improved approximately 5 mm with the higher order ionospheric error correction, which is also in agreement with the results of Satellite Laser Ranging in this work.     

地基北斗GEO卫星直反信号功率测量偏差分析

针对接收天线方向性造成的北斗地球同步轨道（GEO）卫星直反信号功率测量偏差进行研究。给出地基场景下实际天线接收的直反信号及其功率表达式,讨论天线方向性造成的北斗GEO卫星直反信号功率测量相对偏差,设置具体观测场景进行仿真分析。理论与仿真结果表明：具体场景和时刻下的北斗GEO卫星直反信号功率测量偏差为固定偏差,由天线对干扰信号的抑制性能、天线架设高度和反射面介电常数共同决定;相对偏差的大小随着天线对干扰信号抑制性能的增强而减小,随着天线架设高度的变化在某一范围内波动,也会随着反射面介电常数的变化而变化。     

Kalman滤波估算电离层延迟的一种优化方法

频间偏差(Inter Frequency Bias,IFB)通常会给电离层延迟的解算带来误差.目前从电离层延迟中消除频间偏差的方法是基于GPS双频观测数据建立垂直电离层模型,利用卡尔曼滤波实时估算电离层模型系数和频间偏差.然而滤波过程中的测量噪声协方差矩阵没有考虑系统观测量之间的相关性,这会导致滤波模型不准确,进而影响...     

基于单站CCD漂移扫描光电设备的同步轨道目标测定轨

地基光电观测在同步轨道目标监测领域具有重要作用.为评估单站光电设备对同步轨道目标的实际测定轨能力,利用上海天文台佘山站1.56m望远镜,采用CCD漂移扫描光电技术,对3颗北斗同步卫星开展试验观测,基于卫星精密星历评估目标的测定轨外符精度.结果表明:同步轨道目标的天文定位在方位和俯仰方向上的外符精度均好于0.3";在单圈次观测情况下,尽管轨道预报精度较低,约为数千米量级,但是观测弧段内定轨精度可优于百米;在多圈次观测情况下,轨道改进效果显著,定轨精度优于50m,外推至4d的轨道预报精度为百米量级.此外,定量评估了每晚不同观测时间跨度下同步轨道目标的测定轨精度,为单站光电设备实际应用提供了参考.      

北斗GEO卫星CEI相时延解算方法研究

连线端站干涉测量(connected element interferometry，CEI)是高精度测角技术，在中高轨卫星、月球及深空航天器定轨定位中有良好的应用前景。基于CEI技术特点，提出了一种新的测量方法，即在相干测距模式下利用测距音和载波信号作为信号源进行连线端站干涉测量。构建了CEI试验系统对北斗GEO卫星进行观测，利用相干测距模式下的下行信号解算群时延、相时延。利用北斗GEO卫星精密星历计算的时延理论值，对北斗GEO卫星CEI群时延和相时延结果进行评估。结果表明，相干测距模式下CEI群时延和相时延残差均值分别为0.47ns、0.08ns，标准差(3σ)分别4.2ns、0.13ns。该项研究验证了相干测距模式下CEI相时延解算的可行性，可为共位地球同步卫星精密相对定位、月球探测器CEI测量提供技术参考。     

Near real-time PPP-based monitoring of the ionosphere using dual-frequency GPS/BDS/Galileo data

Ionosphere delay is very important to GNSS observations, since it is one of the main error sources which have to be mitigated even eliminated in order to determine reliable and precise positions. The ionosphere is a dispersive medium to radio signal, so the value of the group delay or phase advance of GNSS radio signal depends on the signal frequency. Ground-based GNSS stations have been used for ionosphere monitoring and modeling for a long time. In this paper we will introduce a novel approach suitable for single-receiver operation based on the precise point positioning (PPP) technique. One of the main characteristic is that only carrier-phase observations are used to avoid particular effects of pseudorange observations. The technique consists of introducing ionosphere ambiguity parameters obtained from PPP filter into the geometry-free combination of observations to estimate ionospheric delays. Observational data from stations that are capable of tracking the GPS/BDS/GALILEO from the International GNSS Service (IGS) Multi-GNSS Experiments (MGEX) network are processed. For the purpose of performance validation, ionospheric delays series derived from the novel approach are compared with the global ionospheric map (GIM) from Ionospheric Associate Analysis Centers (IAACs). The results are encouraging and offer potential solutions to the near real-time ionosphere monitoring.