【摘要】：電離層作為空間大氣的重要組成部分,對無線電傳播和航空航天等相關(guān)活動(dòng)都有著重大的影響。作為GNSS導(dǎo)航定位中的主要誤差源之一,電離層延遲嚴(yán)重制約了 GNSS單頻用戶的定位精度。同時(shí),由于電離層色散特性的存在,使得利用地面GNSS雙頻觀測值監(jiān)測電離層成為可能。與傳統(tǒng)的電離層監(jiān)測技術(shù)相比,GNSS具有反演精度高、覆蓋范圍廣、全天候連續(xù)觀測等優(yōu)勢�；贕NSS的電離層探測技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前電離層領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。盡管國內(nèi)外學(xué)者在GNSS電離層監(jiān)測領(lǐng)域作了大量的研究,建立了 GNSS電離層建模的基本理論,并實(shí)現(xiàn)了電離層產(chǎn)品的日常發(fā)布。但是,目前GNSS電離層產(chǎn)品的精度仍有待進(jìn)一步提升。此外,差分碼偏差(DCB)作為電離層觀測值中不可忽略的偏差項(xiàng),其數(shù)值可以達(dá)到幾十納秒。在GNSS高精度定軌、定位、授時(shí)等數(shù)據(jù)處理中,也必須進(jìn)行DCB改正。隨著近年來BDS和Galileo系統(tǒng)的快速發(fā)展,多系統(tǒng)GNSS DCB參數(shù)的精確估計(jì)顯得日益重要。目前可用的DCB產(chǎn)品仍多局限于GPS和GLONASS系統(tǒng)。針對當(dāng)前多系統(tǒng)GNSS的應(yīng)用需求,開展多系統(tǒng)GNSS電離層建模和DCB參數(shù)精確估計(jì)的研究有較重要的意義。本文旨在研究多系統(tǒng)GNSS高精度電離層建模和DCB估計(jì)相關(guān)理論方法,力求為全球?qū)Ш蕉ㄎ挥脩籼峁└呔雀呖煽啃缘腉NSS全球電離層和DCB產(chǎn)品。圍繞該核心目標(biāo),本文評估了不同電離層觀測值提取方法和多系統(tǒng)GNSS融合對電離層建模的貢獻(xiàn),并基于IGS小時(shí)更新觀測文件生成近實(shí)時(shí)電離層產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)了 GPS、GLONASS、BDS和Galileo系統(tǒng)DCB參數(shù)的精確估計(jì),結(jié)合GLONASS和BDS衛(wèi)星的特性對其DCB參數(shù)進(jìn)行了分析。論文的主要工作和結(jié)論如下:(1)系統(tǒng)總結(jié)了 GNSS電離層建模和DCB估計(jì)中存在的問題,介紹了相關(guān)的基本原理和方法。從GNSS基礎(chǔ)觀測方程出發(fā),詳細(xì)推導(dǎo)了不同電離層觀測值提取方法�？偨Y(jié)了 GNSS電離層建模中較常用的投影函數(shù)和擬合模型。推導(dǎo)了多系統(tǒng)GNSS DCB估計(jì)的具體方法,并給出了 DCB參數(shù)的精度評價(jià)指標(biāo)。(2)分析了多系統(tǒng)GNSS觀測值融合和PPP固定解電離層觀測值提取方法對電離層建模的貢獻(xiàn)。利用全球IGS/MGEX網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)單GPS、GPS+GLONASS、GPS+BDS、GPA+GLONASS+Galileo 以 及GPS+GLONASS+BDS+Galileo五種組合模式的全球電離層建模,并對不同組合模式生成的電離層產(chǎn)品進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明,不同觀測值組合生成的電離層產(chǎn)品間偏差值基本在1 TECU以內(nèi),多系統(tǒng)GNSS觀測值對當(dāng)前全球電離層建模的貢獻(xiàn)不明顯。PPP固定解與傳統(tǒng)相位平滑偽距電離層觀測值提取方法相比,其對全球電離層建模的貢獻(xiàn)不明顯。但采用區(qū)域網(wǎng)內(nèi)插時(shí),PPP固定解比相位滑偽距的電離層產(chǎn)品精度高約0.5 TECU。單頻PPP的結(jié)果表明,采用PPP固定解改正電離層延遲比相位平滑偽距方法在E、N、U方向的定位精度提升分別接近30%、36.4%和 37.5%。(3)針對實(shí)時(shí)GNSS導(dǎo)航定位用戶,利用IGS小時(shí)更新的觀測文件生成了近實(shí)時(shí)全球電離層產(chǎn)品。該近實(shí)時(shí)產(chǎn)品與CODE電離層產(chǎn)品在全球大部分區(qū)域的偏差小于2 TECU,統(tǒng)計(jì)偏差的均值和STD分別在4 TECU和6 TECU以內(nèi)。以CODE電離層產(chǎn)品為參考,近實(shí)時(shí)電離層產(chǎn)品與事后產(chǎn)品的偏差基本相當(dāng)。對三種電離層產(chǎn)品進(jìn)行單頻PPP的結(jié)果表明,近實(shí)時(shí)產(chǎn)品與事后產(chǎn)品精度基本相當(dāng),比CODE事后電離層產(chǎn)品略差。(4)實(shí)現(xiàn)了 GPS、GLONASS、BDS和Galileo四系統(tǒng)DCB參數(shù)的精確估計(jì),并對估計(jì)的多系統(tǒng)DCB產(chǎn)品進(jìn)行了評估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:估計(jì)的DCB產(chǎn)品與DLR和IGG的產(chǎn)品符合得較好,三個(gè)機(jī)構(gòu)GPS、GLONASS、BDS和Galileo衛(wèi)星DCB的偏差分別在0.2 ns、0.5 ns、0.2 ns和0.2 ns以內(nèi)。在DCB參數(shù)的穩(wěn)定性方面,本文估計(jì)的GPS、GLONASS、BDS和Galileo衛(wèi)星DCB的STD分別小于 0.05 ns、0.14 ns、0.11 ns 和 0.15 ns,比 DLR 和 IGGDCB 產(chǎn)品的 STD 略小。(5)針對GLONASS衛(wèi)星信號采用頻分多址編碼方式,提出一種顧及GLONASS頻間偏差的DCB估計(jì)方法,并評估其頻間偏差對DCB估計(jì)的影響。結(jié)果表明:不顧及GLONASS頻間偏差進(jìn)行DCB估計(jì)時(shí),其觀測值殘差出現(xiàn)與頻率通道相關(guān)的系統(tǒng)誤差,而顧及GLONASS頻間偏差的DCB估計(jì)方法能消除該系統(tǒng)誤差。將顧及和忽略頻間偏差估計(jì)的DCB參數(shù)作差,得到不同頻率通道上DCB偏差的最大值達(dá)到7ns。同時(shí),基于MGEX和iGMAS網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)對BDS2和BDS3衛(wèi)星DCB間的系統(tǒng)偏差進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:對于MGEX/iGMAS同一網(wǎng)內(nèi)接收機(jī),BDS2和BDS3衛(wèi)星DCB間不存在明顯的系統(tǒng)偏差,而對于網(wǎng)間接收機(jī)BDS2和BDS3衛(wèi)星DCB間出現(xiàn)了明顯的系統(tǒng)偏差。
【圖文】：

距離地面６０至９０邋ｋｍ，是電離層中的稀薄層，其濃度為１０２？１的產(chǎn)生主要受太陽輻射活動(dòng)的影響，最大電子密度通常出強(qiáng)的時(shí)間，隨著太陽輻射的減弱，夜間Ｄ層通常會(huì)消失。一度一般大于冬季。太陽活動(dòng)高年的電子濃度可以達(dá)到太陽活距離地面９０至１４０邋ｋｍ，是中等濃度的分子離子（以ＮＯ＋，０為１０３？１０５／ｃｍ３。與理論的Ｃｈａｐｍａｎ函數(shù)符合的相當(dāng)好，

相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算也比較復(fù)雜，常用于電離層層析。本文主要基于單層假設(shè)進(jìn)行電逡逑離層建模，因此著重對該假設(shè)進(jìn)行介紹。逡逑如圖２．２所示，單層模型可以表示為：逡逑電Ｓ層皋層邐／逡逑，邐Ｈ邐芽刺，，爸逡逑揆枚機(jī)邐／Ｐ逡逑：７、逡逑0邋［／ａ逡逑圖２．２電離層單層假設(shè)示意圖逡逑圖中，Ｗ表示電離層薄層高度（通常為電離層電子密度峰值處，位于３５０？４５０逡逑ｋｍ之間）；／？表示地球半徑；Ｐ為接收機(jī)和衛(wèi)星之間連線與電離層的交點(diǎn)，被稱逡逑為電離層穿刺點(diǎn)（Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ邋Ｐｉｅｒｃｅ邋Ｐｏｉｎｔ，邋ＩＰＰ）；邋ｚ為接收機(jī)位置的衛(wèi)星天頂距；逡逑Ｙ為電離層穿刺點(diǎn)處的衛(wèi)星天頂距。單層假設(shè)簡化了電離層結(jié)構(gòu)，便于描述二維逡逑空間電離層電子密度的分布規(guī)律。逡逑２．３．２電離層投影函數(shù)逡逑基于電離層單層假設(shè)，需要利用特定的投影函數(shù)將衛(wèi)星信號方向的斜延遲觀逡逑測值投影到垂直方向
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P228.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2607675