星载GPS观测数据的模拟研究

重点分析了星载GPS观测值模拟的原理、数学模型等，并用模拟软件模拟了CHAMP卫星的星载GPS观测值情况．结果表明，根据本文提供模拟方法所模拟的CHAMP星载GPS观测值，与实测值相比，无论是在大小还是观测噪声水平上都很接近，因此能满足不同层次人员对星载GPS模拟观测值的需要．     

星载单频GPS数据的电离层延迟改正方法分析

利用C/A码单点定位对LEO(Low Earth Orbit)卫星上的电离层延迟改正方法——"电离层比例因子法"进行了分析研究.计算的CHAMP卫星的轨道结果表明:采用电子密度峰值高度(hmF2,F2 region maximum electron density height)平均值和瞬时值计算的电离层比例因子α变化范围分别为0.3~0.4和0.2~0.65之间,两者最大差异可达0.3,相比较而言,hmF2瞬时值的结果更加合理,并且相应的大地高H方向的系统偏差要降低0.05~0.3m左右;与双频无电离层组合的普通单点定位结果相比表明该方法能较好地消除电离层一阶项所引入的H方向上的系统偏差;该方法适用的LEO卫星轨道高度范围大致在200~ 600km之间,当轨道高度超过700km时,该方法并不适用.     

Relative amplitude of the total electron content variations depending on geomagnetic activity

We developed a method of estimation of a relative amplitude dI/I of the total electron content (TEC) variations in the ionosphere as deduced from the data of the global GPS receivers network. To obtain statistically significant results we picked out three latitudinal belts provided in the Internet by the maximum number of GPS sites. They are high-latitudinal belt (50–80°N, 200–300°E; 59 sites), mid latitude belt (20–50°N, 200–300°E; 817 sites), and equatorial belt (±20°N, 0–360°E; 76 sites). The results of the analysis of the diurnal and latitudinal dependencies of dI/I and dI/I distribution probability for 52 days with different levels of geomagnetic activity are presented. It was found that on average the relative amplitude of the TEC variations varies within the range 0–10% proportionally to the value of the K_p geomagnetic index. In quiet conditions the relative amplitude dI/I of the TEC variations at night significantly exceeds the daytime relative amplitude. At high levels of magnetic field disturbances, the geomagnetic control of the amplitude of TEC variations at high and middle latitudes is much more significant than the regular diurnal variations. At the equatorial belt, on average, the amplitude of TEC variations in quiet and disturbed periods almost does not differ. The obtained results may be useful for development of the theory of ionospheric irregularities.     

用GPS 观测研究电离层TEC 水平梯度

双频GPS 用户能自动修正电离层总电子含量(TEC) 引起的延时误差, 但是对于电离层中的不规则体造成的信号闪烁而引起的误差则不能消除. 即使是差分GPS 系统, 电离层误差仍然是其主要的误差源, 其中电离层TEC 梯度将会影响到系统的定位精度和性能. 本文用GPS 方法研究了电离层TEC 的水平梯度问题, 用处于赤道异常区NTUS 台站的GPS 观测数据作了具体计算. 结果表明, 在日落以后到子夜前后电离层垂直TEC 出现了大的涨落, 电离层中的不规则体导致L 波段信号强的闪烁, 同时还伴随着大而快速变化的电离层~TEC 水平梯度. 对比发现, ROTI指数、电离层TEC 水平梯度和电离层垂直TEC 三者之间有很好的对应关系, 它们的变化特征均由电离层中的不规则体引起. 我们认为研究电离层闪烁, 特别是在缺乏S4指数时, 电离层TEC 梯度也可以作为一个重要的可选参数.      

GPS锁定晶振的数据处理方法研究

针对GPS锁定晶振频率标准,提出了一种滑动平均值法滤波方法,通过这种算法建立新的取样值与历史取样值相关性,适当选取取样点数形成滑动滤波窗口,改变的滑动滤波窗口大小,能有效克服GPS接收机输出的1×10-6的波动影响,可以在很短的时间间隔内解算出被控晶振与GPS的偏差值,应用于控制算法,不断修正压控晶振的频率,使压控晶振锁定在GPS上。     

一种基于元路径拥塞模式挖掘的移动对象位置预测方法

路网上移动对象位置预测是许多位置相关服务的基础。目前移动对象位置预测方法没有充分考虑到轨迹数据中所蕴含的道路拥塞信息,而路网上的道路拥塞状态对移动对象的位置更新会产生巨大影响。提出基于元路径拥塞模式挖掘的方法(Meta-congestion-pattern mining,MCPM)。在离线挖掘阶段,从历史轨迹的频繁路径(元路径)的紧集中挖掘当地的拥塞模式,并对运动模式进行建模,其中采用基于k均值的聚类算法解决数据稀疏性问题。在线预测阶段根据挖掘的拥塞模式和运动模式依概率进行预测。最后通过理论分析和实验验证得出了算法的有效性,与相同条件下的精度预测(WhereNext,WN)方法相比,平均预测准确性提高了近20%,预测时间平均缩短了近50%。     

GPS/INS组合系统空中对准方法研究

针对单天线的GPS与捷联惯性导航组合系统,提出了一种空中对准方案,不同于传统的传递对准方法,仅依靠GPS测量信息进行速度匹配,完成空中初始对准。该方案采用扩展卡尔曼滤波方法解决对准过程中的非线性问题。仿真结果表明该方案的对准精度(1σ)可以达到水平姿态误差0.07,°方位误差0.3°。     

高动态环境下GPS信号捕获研究

高动态环境信号的捕获是GPS接收机的关键技术,接收机处于高速运动的状态使GPS信号产生相位延迟和多普勒频移,增加了信号的捕获难度。分析了滑动相关捕获和基于FFT捕获两种算法,给出了基于FFT捕获算法的FPGA实现架构,并采用GPS信号仿真器对该设计的可行性进行了捕获验证。结果表明：在导航星相对载体的速度为1 000m/s,加速度为5g的情况下,基于FFT捕获算法可以实现信号的可靠捕获。     

Estimation of GPS instrumental biases from small scale network

With 4 GPS receivers located in the equatorial anomaly region in southeast China, this paper proposes a grid-based algorithm to determine the GPS satellites and receivers biases, and at the same time to derive the total electron content (TEC) with time resolution of 15 min and spatial resolution of 1° by 3.5° in latitude and longitude. By assuming that the TEC is identical at any point within a given grid block and the biases do not vary within a day, the algorithm arranges unknown biases and TECs with slant path TEC from the 4 receivers’ observations into a set of equations. Then the instrumental biases and the TECs are determined by using the least squares fitting technique. The performance of the method is examined by applying it to the GPS receiver chain observations selected from 16 geomagnetically quiet days in four seasons of 2006. It is found that the fitting agrees with the data very well, with goodness of fit ranging from 0.452 TECU to 1.914 TECU. Having a mean of 0.9 ns, the standard deviations for most of the GPS satellite biases are less than 1.0 ns for the 16 days. The GPS receiver biases are more stable than that of the GPS satellites. The standard deviation in the 4 receiver bias is from 0.370 ns to 0.855 ns, with a mean of 0.5 ns. Moreover, the instrumental biases are highly correlated with those derived from CODE and JPL with independent methods. The typical precision of the derived TEC is 5 TECU by a conservative estimation. These results indicate that the proposed algorithm is valid and qualified for small scale GPS network.     

电离层周日变化对解算GPS硬件延迟稳定性的影响

针对电离层周日变化特征分析了其可能对SCORE方法估算的硬件延迟稳定性的影响. 利用BJFS以及XIAM台站的GPS观测数据, 解算了位于太阳活动高年(2001年)和太阳活动低年(2009年)的卫星硬件延迟并分析了估算的硬件延迟的稳定性. 研究发现, 电离层周日变化对估算的硬件延迟稳定性具有一定影响, 但是利用不同台站所得到的卫星硬件延迟稳定性在昼夜不同时间上的解算结果存在一定差异. 电离层周日变化对利用 BJFS台站数据解算的硬件延迟稳定性日夜差异较为明显, 在太阳活动高年利用XIAM 台站数据解算的硬件延迟日夜稳定性差异不很明显, 由于XIAM台站处于电离层赤道异常峰附近, 夜间电离层变化很大, 因此对比中纬度地区, 电离层周日变化对赤道异常峰附近地区硬件延迟稳定性解算结果的影响相对较小, 但在太阳活动低年, 其影响仍较为显著.