基于双频GPS的区域电离层延迟改正模型研究

摘要

SA政策的取消使得电离层延迟误差成为GPS定位中的主要误差源之一。本文详细介绍了利用地基双频GPS接收机监测电离层总电子含量的原理和方法，重点分析了VTEC多项式模型的建立方法及其特点，基于此模型建立了南京市电离层函数模型，并对组合硬件延迟的特性及其对模型精度的影响进行了讨论。针对函数模型拟合范围有限的缺点，对电离层格网模型进行了较为深入的研究，着重探讨了三种插值方法，并分别利用这三种插值方法建立了江苏省格网电离层模型。本文的主要研究内容及结论如下： (1)研究了电离层组合硬件延迟的计算方法，分析了硬件延迟对确定电离层延迟的影响。计算了北京房山站连续31天的全部可观测卫星的组合硬件延迟，结果表明，组合硬件延迟在一定时间内是稳定的，其变化基本在0.5m以内。 (2)探讨了计算全天VTEC值的方法。根据电离层日变化特征，对全天观测数据采用分段方法建立电离层函数模型。试验表明，采用此方法所得VTEC值在分段模型间不连续。本文研究了带有限制条件的函数模型，利用此模型，既可以得到准确的VTEC全天变化规律，还在一定程度上改善了VTEC模型值的连绫性。 (3)分析了建立南京市电离层延迟函数模型的数据处理方法，开发了相应的计算软件。利用该软件和南京市内的五个CORS跟踪站的观测资料，建立了南京市VTEC多项式函数模型。分析发现，函数模型在模型区域内的精度不一致，且VTEC多项式模型的精度与基准站有一定的相关性。 (4)对空间插值法进行了比较深入的研究。以往格网模型的插值法是距离加权反比插值法，它只考虑距离的关系，没考虑空间相关性。本文引入了地统计学中的Kriging插值法，它以空间结构分析为基础进行估值，能充分利用数据点之间的空间相关性。结果也表明，Kriging插值法要优于距离加权反比插值法。 (5)基于建立格网电离层模型的原理和方法，采用五个CORS跟踪站的实测数据建立了覆盖江苏全省的格网电离层延迟模型，并用三个跟踪站的数据检验其精度。结果表明：电离层格网模型精度高于电离层函数模型，并且其精度在模型区域内具有一致性。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1概述

1.2电离层研究的历史及现状

1.3 IGS与全球电离层研究

1.4本文研究的主要内容及技术路线

第二章利用GPS监测电离层的原理与方法

2.1电离层及其对电磁波的影响

2.2电离层对GPS信号传播的影响

2.3电离层单层模型及GPS/VTEC观测方程

2.4本章小结

第三章 GPS信号电离层延迟函数模型

3.1经典电离层模型

3.2 GPS/VTEC反演的基本问题

3.3电离层函数模型

3.4电离层函数模型计算结果分析

3.5本章小结

第四章 GPS信号电离层延迟格网模型

4.1格网电离层模型建立的基本方法

4.2格网插值法算法研究

4.3区域格网电离层模型的实现

4.4本章小结

第五章总结与展望

5.1本文的主要结论及认识

5.2展望

主要参考文献

致谢

附录:硕士期间发表的学术论文