电离层闪烁对GNSS接收机性能影响比较分析

电离层闪烁是引起GNSS接收机性能降低甚至失锁的重要环境干扰因素。利用实测数据,比较分析了不同电离层闪烁活动强度下,不同GNSS系统（BD和GPS）接收机的定位性能。结果表明：电离层闪烁较弱时（S4〈0．3）,两种接收机均可以实现基本的定位功能;电离层闪烁较强（S4〉0.7）,且持续时间较长时,不同GNSS接收机将出现定位结果的抖动、跳变或失去定位能力;GNSS接收机应对电离层闪烁影响的能力与接收机设计相关。研究结果可作为抗闪烁接收机开发或闪烁影响分级的参考。     

电离层闪烁对GNSS的影响

电离层闪烁是影响卫星导航系统定位性能的重要因素之一。电离层闪烁可造成GNSS载噪比降低,测量误差增大,载波周跳次数增多,电离层修正精度降低,定位用精度因子变大等影响。中国南方区域是全球电离层闪烁多发区之一,电离层闪烁影响的时空范围和程度较大,是我国卫星导航应用应关注的问题。针对电离层闪烁影响,提出了我国卫星导航系统应用中可行的针对性减缓措施。     

电离层闪烁对全球导航卫星系统（GNSS）的定位影响分析

电离层闪烁是影响卫星导航系统定位性能的重要因素之一,中国南方区域是全球电离层闪烁多发区之一,开展电离层闪烁对卫星导航系统性能的影响研究具有重要意义。利用中国区域的电离层闪烁数据和GPS测量数据,对电离层闪烁情况下的用户定位性能进行了比较分析,发现电离层闪烁将引起用户定位误差的普遍增大,严重时可能出现定位异常,电离层闪烁对不同的定位应用方式具有不同程度的影响,电离层闪烁对卫星导航系统的多种影响是卫星导航系统的重要威胁之一。     

GNSS电离层监测研究进展与展望

电离层作为近地空间环境的重要组成部分,对电波通信、卫星导航定位等都有重要影响。监测电离层形态结构有助于对电离层时空演化特征的理解及其建模和预测。随着全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)的快速发展,GNSS电离层监测已成为重要的研究和应用方向。系统介绍了GNSS多维电离层监测及其应用的研究现状和进展,主要包括空基/地基GNSS联合反演电离层特征参数、层析技术反演电离层三维结构、电离层延迟建模、电离层异常扰动监测及机理认知等内容。     

基于GNSS的电离层模型研究进展

在利用全球导航卫星系统GNSS进行精密定位和导航时,电离层延迟误差是影响其精度和准确度的主要误差源之一,故对电离层模型研究至关重要。本文将电离层模型分成了经典电离层模型和现代电离层模型,并对经典电离层模型进行了比较,重点介绍了目前全世界电离层模型的研究热点、存在问题及研究方向。     

层析模型在GNSS探测电离层中的研究进展

在利用全球导航卫星系统GNSS(GPS、GLONASS、Galileo等卫星定位系统)进行精密定位和导航时,电离层延迟误差是影响其精度和准确度的主要误差源之一,故对电离层模型研究至关重要。本文介绍了传统电离层模型的缺点,重点阐述了不同的电离层层析方法,同时分析了现在电离层层析方法所存在的主要问题,最后介绍了目前全世界电离层层析模型的研究展望。     

多频多模GNSS接收机差分相位偏差的短期时变特性

随着中国北斗三号全球导航卫星系统(BeiDou-3 Navigation Satellite System,BDS-3)的建成、欧盟伽利略系统(Galileo)及日本准天顶卫星系统(quasi-zenith satellite system,QZSS)的发展,越来越多的卫星可用于反演大气电离层.通常,接收机差分码偏差(differential code biases,DCB)的短时变化被认为是利用全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)反演电离层的重要误差来源,然而,有研究表明,接收机差分相位偏差(differential phase biases,DPB)的短时变化也有可能影响电离层反演的精度和可靠性.为此,本文提出了基于站间单差模型并采用不变换参考星策略来估计接收机DPB的方法,可实现接收机DPB的连续估计.基于几台可跟踪BDS-3信号的多频多模接收机采集的数据,对BDS-3、Galileo、GPS和QZSS重叠频率组合的DPB进行了分析.结果表明,四系统的接收机DPB日变化都是很明显的,并且和温度有很强的相关性;基于不同系统重叠频率组合的DPB之间存在强相关;基于相同类型接收机的DPB的变化也存在明显的相关性.     

电离层活动对GNSS的影响和抑制方法

一、引言从2011年开始,"太阳风暴"这个词在各大媒体出现的频率越来越高。剧烈的太阳黑子活动会扰动电离层环境,直接影响GNSS(全球导航卫星系统)的性能,轻则影响卫星定位精度,重则导致卫星通信失灵。因此,有必要了解电离层活动的现状,并探讨如何抑制其对GNSS的影响。二、太阳活动和电离层电离层随着纬度、经度的变化有着复杂的空间变化,并且具有昼夜、季节、年、太阳黑子等周期变化。电离层中的电子密度主要受太阳活动的影响。1.太阳黑子与电离层长期变化     

GNSS数据质量评估软件的实现及验证分析

近些年卫星导航系统的飞速发展,使得导航定位用户获取多模GNSS数据已成为一种趋势。而目前尚无一种能够同时检测GPS/BDS/GLONASS/Galileo数据质量的软件。针对新一代RINEX格式的GNSS数据,深入研究数据质量检测的方法。用C语言开发了与TEQC数据质量检测功能相近的软件QC,并对其正确性进行了验证。在此基础上,对iGMAS站的数据质量进行了分析,发现目前的多模GNSS接收机易发生钟跳;在多路径效应方面,BDS卫星的GEO卫星多路径效应的周期性较弱,信噪比也呈现出与GPS和GLONASS不同的特征。     

基于GPS TEC的2022年1月15日汤加火山喷发激起的电离层行扰分析

2022年1月15日南太平洋汤加海底火山发生剧烈喷发,是近30年来最大规模的火山爆发,产生的强烈大气波动为开展火山喷发电离层扰动研究提供了难得的机会。本文利用GPS数据探测火山附近、新西兰、澳大利亚和中国地区的电离层扰动,从波形、频率、传播速度和时空分布等角度分析汤加火山喷发电离层行扰(TIDs)的特征,并利用电离层测高站、海平面监测站和大气压监测站的观测数据进一步验证TIDs的传播特征。研究结果发现,汤加火山喷发在其附近区域、新西兰、澳大利亚和中国地区引起了3类TIDs。在火山附近东、西、南、北方向上均探测到第一类TIDs, TIDs的传播速度为617～972 m/s,该类TIDs极有可能由火山喷发产生的声波引起。汤加火山喷发仅在火山附近东、西方向引起第二类TIDs,其传播速度分别为472 m/s和418 m/s,可能由声波传播过程中衍生的声重力波或者混合波引起,形成机理有待进一步研究。汤加火山喷发在新西兰、澳大利亚和中国地区引发了第三类TIDs,其传播速度为328～352 m/s,该类TIDs与Lamb波密切相关。     

Ionospheric tomography based on GNSS observations of the CMONOC: performance in the topside ionosphere

This study carries out a quantitative analysis of the performance of ionospheric tomography in the topside ionosphere, utilizing data of October 2011 collected from 260 Global Navigation Satellite System (GNSS) stations in the Crustal Movement Observation Network of China. This tomographic reconstruction with a resolution of 2° in latitude, 2° in longitude and 20 km in altitude has more than 70 % of voxels traversed by GPS raypaths and is able to provide reliable bottom parts of ionospheric profiles. Compared with the observations measured by the Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) satellites (F16, F17 and F18) at an altitude of 830–880 km, the results show that there is an overestimation in the reconstructed plasma density at the DMSP altitude, and the reconstruction is better during daytime than nighttime. In addition, the reconstruction at nighttime also indicates a solar activity and latitudinal dependence. In summary, with respect to DMSP measurements, the daytime bias is on average from ?0.32 × 10⁵/cm³ to ?0.28 × 10⁵/cm³, while the nighttime bias is between ?0.37 × 10⁵/cm³ and ?0.24 × 10⁵/cm³, and the standard deviation at daytime and at nighttime is, respectively, 0.082 × 10⁵/cm³ to 0.244 × 10⁵/cm³ and 0.086 × 10⁵/cm³ to 0.428 × 10⁵/cm³. This study suggests that vertical ionospheric profiles from other sources, such as ionosondes or GNSS occultation satellites, should be incorporated into ground-based GNSS topside tomographic studies.     

卫星掩星资料研究对流层/下平流层ENSO响应

近20年来,频发的ENSO事件对地球环境造成了灾难性的破坏。由于传统的ENSO观测系统受到诸多限制因素的影响,难以进行长期持续的观测,阻碍了ENSO监测和预报工作的深入开展。GNSS掩星技术凭借其全球覆盖、高精度、高垂直分辨率、长期稳定、低成本且不易受干扰等优点,为ENSO观测提供了一种新的有效手段。由此,本文展开了COSMIC GNSS掩星技术的ENSO新观测系统的研究,尤其是对流层/下平流层(troposphere and lower stratosphere,TLS)大气中的比湿进行研究。提出从TLS比湿廓线中提取表征ENSO现象的指数(ENSO related signal,ENSORS),并研究了其与ENSO事件的相关性。     

鞍山区域电离层模型构建及GNSS应用研究

针对电离层延迟误差目前是GNSS导航定位精度最重要误差源的现状,通过GNSS参考站或跟踪站实测数据计算电子总含量值,建立区域电离层模型,监测区域电离层变化,进而找到削弱或消除电离层延迟误差影响方法。利用曲面拟合实现建模,在模型的建立过程中通过对不同的模型阶数进行设置,对比不同情况下的模型精度,从而确定特定区域内最佳数据采样间隔及阶数设置,并在最佳阶数设置情况下,比较了预报不同时段的精度,进而对延迟量预报问题进行探讨,得出一些有益结论。可以通过该模型单独解算流动站站点的实时电离层延迟信息,这对多基站CORS的站间距离选择和单基站CORS基准站和流动站之间距离设计,尤其对提高单频接收机以及GIS产品用户的定位精度和差分模型的覆盖范围都具有实际参考意义。     

基于水体指数的密云水库面积提取及变化监测

密云水库作为北京市惟一的地表饮用水源地,监测其水面的变化可服务于政府的管理和决策。本文在分析地物光谱特征的基础上,利用TM影像的短波红外波段(TM5)和红光波段(TM3),构造了修订型归一化水体指数(RNDWI)来提取水库水面。RNDWI法能够削弱混合像元因素和山体阴影的影响,精确地提取出水陆边界,甚至可以提取出狭窄条状水体。比较RNDWI、改进归一化差异水体指数(MNDWI)及单波段法的水库水面面积提取精度,发现单波段法精度低,MNDWI法精度高,而RNDWI法精度最高。并基于RNDWI法利用TM影像监测了密云水库近二十年的水面面积动态变化,1996年时面积最大(152.306km2),近十年水库面积逐渐减少,2004年面积最小(56.632km2)。     

GPS观测数据中的仪器偏差对确定电离层延迟的影响及处理方法

本文通过设计不同的计算方案详细分析了ＧＰＳ观测中的仪器偏差对确定电离层延迟的影响,利用多天实测数据,结合仪器偏差与电离层延迟的分离方法,探讨了仪器偏差的稳定性,并提出了一种静态确定电离层延迟的方案。算例表明它能有效克服仪器偏差影响。     

The total optimal search criterion in solving the mixed integer linear model with GNSS carrier phase observations

Existing algorithms for GPS ambiguity determination can be classified into three categories, i.e. ambiguity resolution in the measurement domain, the coordinate domain and the ambiguity domain. There are many techniques available for searching the ambiguity domain, such as FARA (Frei and Beutler in Manuscr Geod 15(4):325–356, 1990), LSAST (Hatch in Proceedings of KIS’90, Banff, Canada, pp 299–308, 1990), the modified Cholesky decomposition method (Euler and Landau in Proceedings of the sixth international geodetic symposium on satellite positioning, Columbus, Ohio, pp 650–659, 1992), LAMBDA (Teunissen in Invited lecture, section IV theory and methodology, IAG general meeting, Beijing, China, 1993), FASF (Chen and Lachapelle in J Inst Navig 42(2):371–390, 1995) and modified LLL Algorithm (Grafarend in GPS Solut 4(2):31–44, 2000; Lou and Grafarend in Zeitschrift für Vermessungswesen 3:203–210, 2003). The widely applied LAMBDA method is based on the Least Squares Ambiguity Search (LSAS) criterion and employs an effective decorrelation technique in addition. G. Xu (J Glob Position Syst 1(2):121–131, 2002) proposed also a new general criterion together with its equivalent objective function for ambiguity searching that can be carried out in the coordinate domain, the ambiguity domain or both. Xu’s objective function differs from the LSAS function, leading to different numerical results. The cause of this difference is identified in this contribution and corrected. After correction, the Xu’s approach and the one implied in LAMBDA are identical. We have developed a total optimal search criterion for the mixed integer linear model resolving integer ambiguities in both coordinate and ambiguity domain, and derived the orthogonal decomposition of the objective function and the related minimum expressions algebraically and geometrically. This criterion is verified with real GPS phase data. The theoretical and numerical results show that (1) the LSAS objective function can be derived from the total optimal search criterion with the constraint on the fixed integer ambiguity parameters, and (2) Xu’s derivation of the equivalent objective function was incorrect, leading to an incorrect search procedure. The effects of the total optimal criterion on GPS carrier phase data processing are discussed and its practical implementation is also proposed.     

GNSS载波相位整数等变估计及其PPP性能提升算法

精密单点定位技术能够提供全球高精度定位结果,其主要技术瓶颈在于定位收敛时间长,载波相位模糊度固定技术是加快PPP收敛速度、改善定位精度的主要手段之一。模糊度固定的可靠性问题在PPP定位中尤为突出,因为模糊度浮点解质量取决于服务端产品质量、接收机噪声特性和观测环境等多种因素,所以高可靠PPP模糊度固定技术仍然充满巨大挑战。为了保障PPP定位的可靠性,本文将最优整数等变估计(best integer equivariant,BIE)引入PPP模糊度估计过程中。BIE法利用GNSS模糊度整数解加权融合以获得最优的浮点模糊度估计值,可有效降低模糊度错误固定风险,同时又利用了模糊度整数解信息来提升模糊度估值精度,从而提升PPP定位精度,缩短模糊度收敛时间。本文选取了105个全球分布的MGEX测站对BIE估计PPP模糊度的性能进行验证,试验结果表明,与模糊度固定解相比,采用BIE估计PPP模糊度能够进一步改善坐标三分量(东、北、垂向)定位性能,收敛时间分别减少了37%、28%与31%,收敛后定位精度分别提高了9%、8%和3%。此外,BIE估计PPP模糊度定位结果的毛刺和阶跃现象更少。     

On the determination of the effect of horizontal ionospheric gradients on ranging errors in GNSS positioning

An alternative approach to the traditionally employed method is proposed for treating the ionospheric range errors in transionospheric propagation such as for GNSS positioning or satellite-borne SAR. It enables the effects due to horizontal gradients of electron density (as well as vertical gradients) in the ionosphere to be explicitly accounted for. By contrast with many previous treatments, where the expansion of the solution for the phase advance is represented as the series in the inverse frequency powers and the main term of the expansion corresponds to the true line-of-sight distance from the transmitter to the receiver, in the alternative technique the zero-order term is the rigorous solution for a spherically layered ionosphere with any given vertical electron density profile. The first-order term represents the effects due to the horizontal gradients of the electron density of the ionosphere, and the second-order correction appears to be negligibly small for any reasonable parameters of the path of propagation and its geometry for VHF/UHF frequencies. Additionally, an “effective” spherically symmetric model of the ionosphere has been introduced, which accounts for the major contribution of the horizontal gradients of the ionosphere and provides very high accuracy in calculations of the phase advance.     

基于多源数据的电离层异常监测及GNSS影响效应研究

电离层是日地空间环境的重要组成部分,电离层异常对无线电通讯和人类空间活动的影响不容忽视.电离层异常监测,在高精度GNSS PNT 服务与深空探测误差修正、空间天气预报预警及日地空间环境动态监测等方面具有重要科学意义和实用价值.海量地基、天基多源电离层观测数据,为电离层异常监测及电离层精细化时空变化反演提供了丰富的数据源.论文利用全球约250个Multi-GNSS站和COSMIC掩星观测数据,采用并行计算10 m in内实现全球数据处理,近实时构建了三维电子密度模型,融合掩星数据使得海洋地区的精度明显改善;搭建了天地联合多源电离层观测数据融合处理试验平台,在线提供近实时三维电离层产品,可为地球空间飞行器的空间环境信息支持、空间环境异常监测及预报、导航系统全球电离层延迟修正等提供服务.基于近实时三维电子密度模型,开展了电离层异常的立体监测,较IRI模型能够更好地监测磁暴期间电离层异常与演化过程,实现了全球大尺度、区域精细化电离层动态监测.同时,论文针对电离层异常对GNSS影响效应展开了较为全面的研究,分析了磁暴、太阳耀斑对GNSS信号、电离层模型精度、服务性能的影响.