北斗三号全球导航卫星系统全球广播电离层延迟修正模型(BDGIM)应用性能评估

2020年6月23日,我国北斗三号全球导航卫星系统正式完成星座全球组网。北斗三号全球导航卫星系统采用新一代全球广播电离层延迟修正模型(BDGIM),为用户提供电离层延迟改正服务。本文利用高精度全球电离层格网(GIM)以及实测BDS/GPS数据提供的电离层TEC作为参考,从延迟改正精度及北斗单频伪距单点定位应用、模型系数性能等方面,对北斗三号系统组网前后(2020年5月1日至2020年7月20日)BDGIM模型的改正精度等应用性能进行了分析与研究,并将其与美国GPS播发的Klobuchar模型和北斗二号卫星导航系统播发的BDS Klobuchar模型进行对比。研究表明,BDGIM模型在对北斗三号系统组网完成前后电离层延迟修正精度没有发生显著变化。上述时段内,以国际GNSS服务(IGS)发布的最终GIM产品为参考,BDGIM模型在中国区域、亚太地区和全球范围内的电离层修正百分比分别达到84.45%、74.74%和64.57%;以选取的全球83个GNSS检测站BDS、GPS双频数据实测电离层TEC为参考,BDGIM在中国区域、亚太地区和全球范围内的电离层修正百分比分别为73.12%、70.18%及68.06%;当BDGIM模型应用于北斗单频伪距单点定位时,在中国区域、亚太地区和全球范围内分别实现了2.22、2.66和2.96 m的三维定位精度。     

不同NeQuick电离层模型参数的应用精度分析

Galileo采用NeQuick作为全球广播电离层模型,其实际应用中以有效电离水平因子Az代替太阳活动指数作为NeQuick的输入参数,并利用二次多项式拟合得到广播星历中播发的3个电离层参数。本文在总结和讨论NeQuick模型参数估计方法及其变化特征的基础上,分别以全球电离层格网、GPS基准站及JASON-2测高卫星提供的电离层TEC为参考,分析不同NeQuick模型参数(包括以太阳活动参数F10.7为输入的NeQuick2、以本文解算参数为输入的NeQuickC和以Galileo广播电离层参数为输入的NeQuickG)在全球大陆及海洋地区的应用精度,并与GPS广播的Klobuchar模型对比。结果表明,NeQuickG在全球范围内的修正精度为54.2%~65.8%,NeQuickC的修正精度为71.1%~74.2%,NeQuick2的修正精度与NeQuickG相当,略优于GPS广播星历中播发的Klobuchar模型。     

顾及电离层变化的层析反演新算法

区别于以往GPS电离层层析研究主要关注迭代模型的思路,本文从两方面入手提高GPS电离层层析迭代算法的反演精度:一方面,顾及传统电离层层析迭代模型仅与对电子密度误差起放大作用的GPS射线截距权重相关的不足,提出考虑层析像素格网中的电子密度对GPS TEC的贡献建立新的迭代模型,在不同电子密度像素格网内重新分配GPS TEC实测值与其反演值之间的差距;另一方面,顾及电离层层析迭代算法中松弛因子对反演结果的影响,提出考虑电子密度变化构造新的松弛因子,抑制传播噪声对电子密度反演精度的影响.实验结果显示,相对于传统代数重构算法(ART),新方法反演的电离层电子密度剖面更接近于电离层测高仪观测的电子密度剖面,提高了电子密度反演精度.     

利用星载GPS无线电掩星数据分析全球水汽分布

水汽是大气成分中重要的组成部分,了解全球水汽分布规律及其形成机制对于未来全球气候至关重要。并且,GPS无线电掩星技术用于GPS气象学,为研究者提供了高精度、全球性、连续性的数据资料,特别是海洋及无人区的数据。本研究主要利用GPS无线电掩星数据反演全球水汽所对应的绝对湿度值,从而得到较为精确和全面的全球水汽分布情况,为进一步提升气象预报、未来气候分析的准确性及未来的大气研究提供精确的参考数据。     

导航卫星天线相位中心变化估计及对LEO精密定轨影响

精确标定导航卫星发射天线相位中心对于高精度GNSS(globalnavigationsatellitesystem)数据处理十分重要,对于低轨卫星(lowearthorbit,LEO)精密定轨更是如此。本文以GPS为例,首先探讨了一种基于LEO简化动力学精密定轨残差建模的方法,对导航卫星发射天线相位中心变化(phasecentervariation,PCV)进行标定,与IGS08_1745.atx(internationalGNSSservice,IGS)的PCV比较结果表明,本文所得PCV在天底角低于14°部分与IGS的PCV差异约1mm,并且有效地将天底角(nadirangle)拓展至17°;最后采用多种方案讨论了导航卫星PCV对JASON2精密定轨的影响。结果表明,导航卫星PCV可导致1～2cm的定轨误差。其中利用本文所得PCV可实现3DRMS约3cm、径向约1cm的定轨精度,与采用IGS的PCV定轨精度相当,本方法可为北斗卫星发射天线相位中心变化的标定提供参考。     

近年来我国GNSS电离层延迟精确建模及修正研究进展

空间电离层是影响全球卫星导航系统(GNSS)应用服务性能最棘手的误差源之一。近几十年来,随着地基/空基GNSS数据的日益丰富,国内外学者发展并提出了多种重要技术措施修正、削弱电离层延迟对各类GNSS用户导航定位的影响,取得了重要进展和成果。本文在系统总结GNSS空间电离层延迟影响修正研究成果的基础上,从电离层延迟信息精确提取、建模及误差分析、实时改正方法等几个方面,重点介绍了近年来我国在这一领域的主要研究进展情况。