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《中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)》 2019年
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基于多频多模GNSS观测的电离层建模研究

黄小东  
【摘要】:电离层延迟误差是卫星导航中棘手的问题之一,基于全球卫星导航系统(GNSS)技术的电离层研究主要集中在两个方面,一是电离层总电子含量(TEC)的监测与模型建立;二是基于高精度电离层模型的应用研究,如电离层误差修正,电离层与地震、台风、海啸、强降雨等强对流天气之间的耦合关系等。当前,各GNSS系统正在从提升导航定位性能与提高应用服务水平方面加紧对系统进行升级和改善。在GNSS系统建设、升级与现代化改进中,对电离层的模型性能与修正技术指标也提出了新的要求。同时,各种全球的、区域的多GNSS跟踪站网建设更趋于完善,为提升GNSS电离层模型性能提供了丰富的数据资源和平台契机。基于此,本论文主要研究基于GPS+BDS+GLONASS+GALILEO四系统观测数据建立高精度电离层模型,重点解决测站稀疏的高纬度地区电离层模型精度问题和中国区域的电离层建模精度问题。围绕这一目标,本文首先深入探讨了GNSS反演电离层延迟的基本原理和方法;然后研究了如何利用GNSS观测数据建立全球和区域电离层模型,精确确定了卫星端硬件延迟(DCB)参数;针对高纬度地区GNSS跟踪站分布较少、建模精度较低的问题,采用不等式约束算法;最后利用北斗地基增强系统GNSS观测数据建立了中国区域电离层模型。本文的主要工作如下:(1)详细介绍了电离层基本特性,细致阐述了基于GNSS反演电离层延迟的基本原理和方法,深入分析了利用GNSS提取电离层TEC的误差影响。归纳了目前常用的电离层数学模型表达与计算方法。(2)研究并实现了基于GNSS观测建立全球和区域的电离层模型。详细论述了从数据预处理到利用数学模型拟合求解电离层模型参数的全部过程。并利用CODG发布电离层网格产品作为参考,评估本文研究的电离层模型的精度和可靠性。(3)研究了不等式约束算法在电离层建模中的应用,通过对电离层建模过程当中的负值格网点加入非负非零约束来改善电离层模型的奇异值,并进行了试验测试,其结果表明:加入不等式约束的优化算法改善了高纬度地区电离层建模精度,同时也提高了全球电离层模型精度。(4)利用北斗地基增强系统框架网的观测数据建立了中国区域电离层TEC模型,并用该模型进行电离层延迟改正后的精密定位测试,其试验结果表明,该区域电离层模型精度和可靠性均优于全球电离层模型。总之,本文从电离层建模数据源多模化以及电离层建模算法改进的角度来提高全球/区域电离层建模精度,其建模结果表明,改进的模型均具有较高的精度和可靠性。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TN967.1

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