BDS频间偏差估计与全球实时电离层产品性能分析

摘要

电离层时延作为无线电导航定位主要的误差源之一，是GNSS导航误差改正必须考虑的误差。对电离层建模和预测不仅可以改正广大单频用户的电离层时延，还能加快双频/多频用户的定位收敛速度。频间偏差作为电离层格网的附属产品，不仅对电离层建模精度有所影响，还对修正不同观测量组合定位间的钟差基准有重要意义。国际上各卫星导航服务与分析中心一直致力于提高电离层产品精度与时效性，以满足用户工程测量与科研工作的要求。自2018年起，中国矿业大学北斗数据分析中心开始进行全球实时电离层产品解算，目前还处于内测阶段，并未对外发布电离层产品。针对上述问题，本文解算了北斗卫星频间偏差，分析了北斗数据中心电离层产品精度，主要内容如下： （1）阐述了GNSS导航定位的基础理论与电离层监测与建模的理论方法。包括：观测量常用线性组合方案，对比了各方案的适用条件和优缺点；总结了数据处理流程中两种周跳探测方法的优缺点并作了实验说明；介绍了常用的电离层监测与建模方法与理论。 （2）提出了一种基于闭合差约束的北斗二代卫星多频频间偏差估计方法。通过实验对比，估计的多频频间偏差与CAS估计的频间偏差精度相当；由于测站条件的限制，本文估计的频间偏差和CAS估计的频间偏差稳定性略低于DLR发布的产品。分析了频间偏差改正对不同定位模式不同观测量组合定位结果的影响。 （3）阐述了中国矿业大学北斗数据处理中心的全球实时电离层产品生成原理与方法，并把实时电离层产品与iGMAS武汉大学分析中心的事后电离层产品whug进行精度对比，统计信息表明实时电离层产品与事后的产品精度相当，较差在5TECu以内，符合电离层产品的精度要求。另外，还分析了实时电离层产品对SPP和非差非组合PPP的影响。

目录

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致谢

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 GNSS卫星差分码偏差精确确定方法

1.2.2 基于GNSS的电离层TEC监测与建模

1.2.3 实时电离层TEC修正

1.3.1 研究目的与意义

1.3.2 研究内容与结构安排

2 观测数据处理理论与方法

2.1 GNSS系统介绍

2.2.1 基本观测方程

2.2.2 组合观测方程

2.3 单点定位原理

2.3.1 标准单点定位

2.3.2 精密单点定位

2.3.3 电离层约束的精密单点定位

2.4 GNSS 误差分析与数据预处理

2.5 本章小结

3 GNSS电离层建模基本原理与方法

3.1 电离层基本特性

3.1.1 电离层的分层结构

3.1.2 电离层的时空分布特征

3.1.3 电离层对无线电信号传播的影响

3.2 基于 GNSS 的电离层信息提取

3.2.1 基于载波相位平滑伪距提取电离层观测信息

3.2.2 基于北斗三频信号提取电离层观测信息

3.2.3 基于非组合PPP提取电离层观测信息

3.3 GNSS 电离层建模基本原理

3.3.1 电离层单层假设

3.3.2 GNSS电离层建模常用模型

3.3.3 GNSS电离层建模常用坐标系

3.4.1 频间偏差

3.4.2 确定卫星频间偏差的常用方法

3.5 本章小结

4 BDS卫星频间偏差解算

4.1 附加闭合差约束的 BDS 卫星频间偏差解算原理与方法

4.1.1 BDS多频观测值与预处理

4.1.2 BDS多频频间偏差解算原理方法

4.2 BDS 卫星频间偏差解算精度分析

4.2.1 BDS卫星多频差分码偏差解算程序设计

4.2.2 实验数据概况及精度分析

4.2.3 BDS频间偏差日变化对比分析

4.3 BDS 卫星频间偏差对单点定位的影响分析

4.4 本章小结

5 全球实时电离层产品性能分析

5.1 全球实时电离层建模处理策略

5.2 建模结果比较与分析

5.3 单点定位实验与分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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