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《中国科学院研究生院(测量与地球物理研究所)》 2002年
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基于GPS的电离层监测及延迟改正理论与方法的研究

袁运斌  
【摘要】: 根据当前大地测量、地球物理、空间物理和导航等领域的科学研究和工程应用中的若干重要GPS科研项目的需要,近年来,我们系统研究了电离层延迟的高精度模拟和改正方法。本文报告的内容,是我们研究工作的部分贡献,主要涉及基于GPS的电离层监测及延迟的高精度改正的理论与方法的研究:如何通过修正静、动态单、双频用户的电离层延迟影响,进一步改善GPS测量的精度和可靠性;增强型GPS广域差分系统的电离层模拟及利用GPS监测电离层的理论和方法等方面。 本文主要包括两方面的内容: 一、研究背景的一般性描述及相关基础研究的系统总结和介绍,主要涉及:地球电离层研究意义,地球电离层探测技术与相关理论研究的内容,现代大地测量中电离层问题的由来、严重性与新课题,地球电离层的基本特性及其对电波传播的影响,GPS定位的基本理论与方法,电离层延迟对GPS测量的影响,GPS的电离层延迟改正的基本方法,基于GPS的电离层研究的基本原理与方法等。进而论述了解决GPS的电离层延迟影响的重要性和切入点。 二、具体研究工作的系统报告,主要集中在以下几方面: ①研究如何利用单台双频GPS接收机的观测信息确定电离层延迟改正模型,为小范围的单频用户服务; ②研究如何实时分离GPS观测中的仪器偏差与电离层延迟; ③研究如何建立较大区域的电离层格网模型,进而初步设想利用中国地壳运动观测网络深入研究我国领域的电离层的电子浓度变化规律; ④研究单频用户在不利条件下,如何更好地利用电离层延迟改正信息; ⑤研究利用GPS监测随机电离层扰动的基本理论和框架方案; ⑥研究如何综合顾及电离层的周日、季节和年变化,进一步提高利用GPS模拟电离层延迟的能力; ⑦研究如何实现星载单频GPS低轨卫星的精密测轨中的电离层延迟改正要求。 1.(局部)电离层延迟的高精度提取 系统论述和分析了影响利用GPS观测精确提取电离层延迟信息的各类因素。通过对有关模型和方法问题的深入研究,进一步提高了利用GPS提取电离层延迟信息的精度。主要包括: (1)将参数固定的三角级数函数电离层模型,扩展为更适用于理论研究和实际应用的参数可调型广义形式,实现了根据电离层延迟时空变化特征,选择不同的特征参数模拟电离层延迟的影响。试算结果表明,它能较好地反映电离层活动特性,提高了局部电离层延迟模拟能力,适用于DGPS系统修正其服务区域内的单频GPS用户的电离层延迟。 (2)设计了几种不同的计算方案,用于分析仪器偏差对确定电离层延迟的影响的特点。研究表明,仪器偏差对求解电离层延迟的影响远大于观测噪声的影响,给电离层延迟观测值带来高达数米的系统误差。利用GPS观测数据求解电离层模型或直接计算斜距电离层延迟时,都须慎重处理仪器偏差,不应简单把其作为噪声处理; (3)利用相位平滑测码数据进一步精化了仪器偏差分离方法,探讨了仪器偏差的稳定性。研究发现,新方法可有效克服噪声对分离仪器偏差的影响,而且仪器偏差相对稳定并可有效进行测段间及数日间预报。 (4)基于实时平均去噪和码、相位观测数据的加权联合处理的思想,提出了一种实时分离仪器偏差和求解电离层延迟量的新方案。算例表明,新方法通过采用平均去噪分离方法后处理相位 丞于G陀的电官唇监剥及延迟改正工论与方法的研究 平滑测码数据,求出仪器偏差并对需要实时处理仪器偏差的观测数据进行预报改止,直接利用观 测值确定电离层延迟量,待估参数少、能消除仪器偏差的大部分影响,具有较好的精度,可作为 WAAS及其他GPS网络系统确定电离层延迟的可行的参考方案。 2.一种构建大规模沤域性和全球性)高精度格网电离层模型的新方法 — —站际分区法及其在中国的初步实现 在系统深入研究了格网电离层模型建立原理与方掐的基础上,为避免基准站网的儿伺结构对 模刑精度估计的影响,充分顾及电离层延迟影响的局部特性,进一步提高格网山离层模4IJ的构建 回 精度,提出了一种新的格网电离层模型构建方法——站际分厂格网法。在以上研究的的基础上,一 估计了利川地壳过动观测网络的基准网建立格网山离层模刑的精度,初步探讨中国域内拟建立的 )”域斧分GPS增强系统,采用格网电离层模刑提供屯离层改止信息的可行性及有待进一步研究的 间题。 3.不利条件下为WAAS的单频GPS用户提供电离层延迟改正 的新方法一一APRI方案 在止常条件羽!平静电离层区域,WAAS能够满足单频用户的电离层延迟改上要求,们当川户 无法止常获取电离层延迟改上信息时,如在差分系统夹然中断信息发迭或用户步入无法止常接收 X分改止信息的位置等不利条件下,单频GPS接收机不能有效进行实时电离层延迟改止,尤其在 屯离层活动异常区域如电离层扰动条件下,实时差分改正效果将受到严重影响。这些问题在WAAS 的实际运行中是难以避免和必须解决的。而以往的研究结果,均为后处理方法,不能满足(准)实时 处理电离层扰动的要求。 计村这种状况,我们通过设计能有效结合电离
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(测量与地球物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:P352

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 崔建勇;陈明剑;雷娜娜;;基于电离层电子含量变化率的周跳探测方法[J];全球定位系统;2012年03期
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 刘经南,刘焱雄;GPS卫星定位技术进展[J];全球定位系统;2000年02期
2 张训械,P.Hoeg,G.B.Larsen,Stig Syndergaard,Martin B.S,Jakob G.R,S.Fukao,Kiyoshi lgarashi,Seiji Kawamura;奥斯特/GPS掩星与地面雷达联合观测电离层电子密度的初步结果[J];全球定位系统;2000年03期
3 袁运斌,欧吉坤;利用GPS研究电离层延迟及电子浓度变化规律[J];全球定位系统;2001年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李冰;;地理信息系统GIS在电力行业的应用[J];品牌(理论月刊);2010年Z2期
2 姜伟松;王慧敏;;RTK-GPS在工程测量中的应用[J];新乡学院学报(自然科学版);2009年04期
3 刘文,王庆林,周东华,杨清兰;科学文献老化规律的分析与建模[J];情报理论与实践;1996年04期
4 袁毅,郭秋英;从GPS的论文分布看其在我国的研究现状[J];情报理论与实践;1997年02期
5 严聪;马岑睿;张志峰;张成涛;;机动作战地空导弹载波相位差分定位模型研究[J];指挥控制与仿真;2006年03期
6 俞维忠;汽车导航及汽车信息显示系统[J];汽车电器;2004年07期
7 管欣,杨小波,杨得军;驾驶员PO预瞄模型参数的时域辨识[J];汽车工程;1995年06期
8 向怀坤,刘小明;车辆导航系统的研究开发现状与趋势[J];汽车工程;2001年05期
9 虞明,翟羽健,方涛,余永生,杨国权;基于DGPS和地图匹配的试验场汽车可靠性试验监控管理系统[J];汽车技术;2003年03期
10 王宏威,阮成功;基于GPRS技术的汽车自主导航控制系统[J];汽车科技;2005年01期
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 苏福;王小念;皮军明;;基于BP网络的某型火控雷达角跟踪系统故障诊断[J];指挥控制与仿真;2007年04期
2 田晓东,韦锡华;小波分析在多传感器组合导航故障检测中的应用[J];青岛大学学报(工程技术版);2002年04期
3 冯锦明,赵天保,张英娟;基于台站降水资料对不同空间内插方法的比较[J];气候与环境研究;2004年02期
4 龙其利;马健敏;;海口VHF信号幅度闪烁观测结果[J];电波与天线;1996年02期
5 刘经南,刘焱雄;GPS卫星定位技术进展[J];全球定位系统;2000年02期
6 张训械,P.Hoeg,G.B.Larsen,Stig Syndergaard,Martin B.S,Jakob G.R,S.Fukao,Kiyoshi lgarashi,Seiji Kawamura;奥斯特/GPS掩星与地面雷达联合观测电离层电子密度的初步结果[J];全球定位系统;2000年03期
7 袁运斌,欧吉坤;利用GPS研究电离层延迟及电子浓度变化规律[J];全球定位系统;2001年01期
8 刘利,韩春好;常见电离层延迟模型投影函数的分析比较[J];全球定位系统;2001年01期
9 廖春发;欧洲伽利略全球导航卫星计划搁浅[J];全球定位系统;2001年01期
10 李毓麟 ,刘经南 ,刘晖 ,马振江 ,叶世榕 ,秘金钟;99’广域差分GPS定位试验[J];全球定位系统;2001年02期
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱新慧;王刃;;卫星导航接收机测距精度评价方法研究[J];全球定位系统;2007年05期
2 秦臻;;改进的粒子滤波及其在GPS动态定位中的应用[J];全球定位系统;2010年05期
3 周适;;对流层几种改正模型分析及在LGO和Pinnacle中的应用[J];全球定位系统;2012年02期
4 张锋;郝金明;李超;王爱兵;;基于RTCM数据格式的虚拟参考站技术算法研究[J];四川测绘;2007年01期
5 张锋;郝金明;肖凡;;利用先验大气信息辅助解算VRS网络模糊度[J];测绘;2010年02期
6 李浩军;王解先;胡丛玮;;GPS对流层延迟的历元间差分分析[J];同济大学学报(自然科学版);2010年03期
7 薛军琛;宋淑丽;朱文耀;卢秀山;;区域GPS网实测电离层变化和卫星硬件延迟的可靠性研究[J];天文学报;2011年04期
8 杜娟;刘星;陈正阁;;GPS卫星轨道精度对定位结果的影响[J];全球定位系统;2012年03期
9 王尔申;蔡明;庞涛;;MCMC粒子滤波的GPS定位数据处理算法[J];数据采集与处理;2013年02期
10 宗干;郭金运;李国伟;王书阳;胡志博;;北斗卫星导航系统单频伪距绝对定位精度分析[J];全球定位系统;2013年03期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 袁运斌,欧吉坤;利用GPS研究电离层延迟及电子浓度变化规律[J];全球定位系统;2001年01期
2 孙宪儒;亚大地区F_2电离层预测方法[J];通信学报;1987年06期
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