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NTCM广播电离层模型建立及在中国区域的性能评估

杨超  
【摘要】:电磁波在电离层中传播时会受到电离物质的影响,产生折射效应从而造成延迟,电离层延迟是影响导航定位授时精度的主要误差源之一。随着全球卫星导航系统的发展,GNSS观测资料越发丰富,为建立便捷有效的电离层改正模型提供了重要的数据源。对于实时单频用户,不能采用双频观测值来消除电离层延迟误差,主要利用广播电离层改正模型获取电离层信息来修正电离层时延。而NTCM模型结构简单,模型参数少,精度高,为建立广播电离层延迟改正模型提供了一种理想的方案。本文总结归纳了不同的电离层延迟改正模型,深入研究利用GNSS观测资料反演电离层的原理和方法。深入研究了NTCM模型,全面分析了NTCM广播电离层模型在不同场景下的性能表现。同时利用中国区域的GNSS观测网络,建立了适用于中国及周边区域的NTCM模型(NTCM-CN模型和MNTCM-CN模型),并对其改正效果进行了深入分析。本文的具体研究工作如下:1)归纳和分析了电离层延迟改正的理论和方法,其中包括经典经验模型、双频改正模型和利用GNSS观测数据建立的VTEC模型。2)实现了一套基于GNSS观测资料建立VTEC模型的方法和策略,通过实验验证了该方法的合理性和正确性,并编写了一套电离层延迟改正的软件。3)从时域、空域和定位精度三个方面评估了NTCM广播模型的性能,并利用全球测站建立了NTCM全球广播模型,与北斗三代的广播模型—BDGIM进行了性能对比。利用一个太阳活动周期的计算结果与GPS Klobuchar模型和NTCM-Klobuchar模型对比,结果表明,NTCM全球广播模型的精度最高,较GPS Klobuchar模型能提高3~10 TECU,NTCM-Klobuchar模型精度介于NTCM全球广播模型和GPS Klobuchar模型之间。NTCM全球广播模型在大多数测站都有良好的表现,尤其在高程方向,定位精度较GPS Klobuchar模型能提高38%左右。NTCM全球广播模型的精度较BDGIM模型能提高1.2 TECU左右。4)建立了适用于中国及周边区域的NTCM模型,并进行了实验验证。研究表明:在太阳活动高峰期,NTCM-CN模型和MNTCM-CN模型较GPS Klobuchar模型大约有8 TECU的精度提升,在太阳活动平静期,大约有7 TECU的精度提升。同时通过2018年一个月的数据分析了GPS Klobuchar模型、北斗Klobuchar模型、BDGIM模型、NTCM-CN模型和MNTCM-CN模型在中国区域的表现,结果表明NTCM-CN模型预报的VTEC与CODE事后VTEC产品吻合度最高。本文的研究结果也证明了NTCM-CN模型在定位方面有很好的表现。


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