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GPS广播电离层模型的改进及极区定位效果分析

毕通  
【摘要】:电离层误差是GNSS测量中最为严重的误差源,而两极地区电离层结构复杂运动幅度剧烈,导致的电离层时延对GNSS测量精度影响较大,故对于单频GNSS用户而言,为了减小电离层误差对定位的影响,在两极地区选择一个简单有效的广播电离层修正模型极为重要。本文首先计算出GPS-Klobuchar模型、BDS采用的改进Klobuchar模型以及Nequick模型拟合出的高纬度地区电离层总电子含量TEC,以欧洲定轨中心CODE提供的GIM电离层产品作为TEC真值,研究三种GNSS广播电离层经验模型在北极高纬度地区的均方根误差RMS和模型改正率。本文选取了 2009年到2013年的时间段数据进行改正效果分析分析,得出相应结论。考虑到Klobuchar模型的简单实用性,本文在不增加模型参数的前提下,在夜间TEC值和余弦函数振幅等方面对Klobuchar模型进行改进,并在不同太阳活动条件不同季节的条件下利用多种电离层模型和单点定位方法对改进模型进行精度分析,得出的结论可以证明改进模型能够更准确的描述极区电离层活动,对于单频用户而言,能够获得更好的电离层改正精度。本文所做的工作主要如下:1.系统总结了电离层的基本理论、时空间分布以及现有的广播电离层经验模型的优缺点。2.详细比较了现有的广播电离层模型不同时空间范围内的改正效果,得到了以下结论:1)北纬度57.5°以上的北极地区,GPS-Klobuchar模型改正效果极差完全不适用,但误差小于BDS-Klobuchar模型。2)Nequick模型在北半球高纬度地区改正效果弱于中低纬度,模型改正率整体在40%左右。3)BDS系统的电离层经验模型在北纬60°以上的高纬度区域改正效果极差,误差远远大于GPS-Klobuchar模型。3.提出了一种新的广播电离层模型,新模型有如下电离层改正精度:1)在两极地区,改进模型整体上的电离层改正比率可以达到60%。2)从两极地区的SPP误差来分析,改进模型垂直方向上误差为3m而水平方向上为1m,精度明显优于Klobuchar模型。


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