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GPS电离层延迟改正及其扰动监测的分析研究

何玉晶  
【摘要】:电离层作为近地空间环境的重要组成部分,随着GPS与其它卫星导航系统的迅速发展,以及导航定位精度的不断提高,电离层折射延迟对电磁波信号的影响越来越成为人们关注的热点,而且利用卫星信号来探索电离层物理机制和监测电离层扰动现象也成为人们研究的重点。论文重点研究了利用GPS数据求解电离层TEC的原理与方法以及不同电离层延迟模型的分析与比较,并在此基础上研究了基于GPS的电离层TEC预报以及电离层扰动的监测方法等。论文的主要内容如下: 1.论文简要介绍了利用GPS研究电离层的基础知识:地球电离层的基础知识和研究历史、现状及在科学研究和工程应用中的意义;GPS定位的基本原理及误差分析等。 2.研究了利用GPS数据解算电离层延迟的基本原理与方法。对电离层折射延迟公式进行了详细分析、推导和简化,讨论了电离层折射对GPS定位的影响;在分析GPS卫星和接收机硬件延迟和电离层投影函数的基础上,重点研究了利用GPS数据精确求解电离层TEC的原理与方法以及利用GPS数据测量电离层TEC的误差。 3.分析和比较了不同的电离层延迟模型。对传统的Klobuchar模型利用电离层参数的实时差分改正数进行了改进,提高了Klobuchar模型改正精度;重点研究了VTEC模型和球谐函数模型的参数拟合及精度分析;详细分析了基于CT技术的三维电离层模型和WAAS的电离层格网模型,也对电离层延迟的其它方法与模型进行了简要介绍。 4.研究了利用GPS预报电离层TEC和监测电离层扰动的方法。在分析电离层时空相关性的基础上,利用离散系统的卡尔曼滤波方程对电离层TEC进行了预报;利用精确求解电离层TEC的方法对2003年11月20日—24日的电离层强磁暴实例进行了研究分析,基本上符合其统计规律;最后介绍了监测电离层较小扰动的GPS探测方法——电子含量的相对变化率分析法。


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