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基于北斗卫星导航定位系统的电离层TEC研究

赵垚惠  
【摘要】:卫星导航系统的定位均受到大气层对其活动的影响,尤其是大气层中对电波传播影响最大的电离层。表现为电离层作为一种传播介质、造成不同波段的无线电波在电离层中被反射、折射、散射和吸收,从而对通信和广播都造成一定程度的影响。所以对电离层活动进行有效的监测,对揭示电离层的活动规律、提高卫星导航用户的导航定位精度都具有很重要的意义。近年来,以GPS为代表的全球导航卫星系统观测技术不断发展,使得利用GNSS观测数据实时精确提取和测定电离层总电子含量(TEC)、进而实时监测电离层TEC变化活动成为可能。国内外学者也已经利用GPS观测数据对电离层开展了广泛的研究,国际上最权威的电离层产品是由国际GNSS服务组织电离层小组提供,IGS电离层小组旨在提供全球高精度电离层图以及GNSS卫星和各个监测站的DCB参数,研究表明,利用GNSS观测数据解算电离层总电子含量的最大误差源是卫星和接收机的DCB硬件延迟。而利用北斗导航系统观测数据进行电离层监测的研究工作相对较少,不同于美国的GPS,近年来中国北斗卫星系统虽得到迅猛发展,利用北斗卫星观测数据解算电离层总电子含量及卫星和接收机的DCB硬件延迟的高精度估计是当前迫切需要解决的问题。本文首先利用单BDS的双频观测数据,采用最小二乘的方法解算卫星和接收机的硬件延迟,将其结果与测地所公布的DCB产品进行比较,同时单与GPS系统的DCB产品进行比较,对单BDS获得的DCB产品精度进行进一步的验证。同时,为了弥补电离层建模时BDS卫星星座的分布问题,提供均匀分布的观测数据,本文联合中国区域北斗和GPS卫星观测数据,用球谐函数模型进行计算获得DCB产品,将其结果分别与测地所公布的DCB产品及IGS发布的DCB产品进行比较,对最终获得DCB产品进行精度及稳定性评价。同时,本文也利用单北斗数据、单GPS数据及双系统联合数据分别进行电离层TEC的计算,并将其结果进行对比、分析,得到GPS计算电离层TEC精度优于BDS,而双系统数据计算电离层TEC的精度优于单GPS和单BDS算得的结果。


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