基于GPS双频接收机的电离层研究

摘要

随着全球定位系统的不断发展，定位技术的逐步提高，其应用已经深入到了人们生活和生产的各个方面。中国也成为继美国和俄罗斯之后，第三个具有自主导航卫星的国家。减少误差，提高卫星定位精度已经成为许多学者和机构研究的热点。而在造成定位误差的众多因素中，电离层对精度的影响尤为显著。在本课题中，利用GPS信号进行电离层电子含量的推算并分析其变化，为研究电离层延迟模型、减少误差提供了一个实现的基础，也对监测电离层电子含量、预报其走势起着一定的帮助作用。
　　 首先，本文简要介绍了电离层结构、GPS相关原理以及误差的来源。在此基础上，详细论述了运用GPS双频接收机接收的数据去计算电离层电子含量的理论依据。双频接收机可以接收具有L1、L2不同频率的载波信号，利用两个信号穿过电离层的延迟量不同，可以得出其电子含量。在此结果的基础上，与卫星实时位置数据进行换算即可得出垂直电子含量。与此同时，还对所涉及到的GPS接收机指令格式、相关数据结构进行了描述。
　　 其次，详细论述了获取区域性垂直电子含量的实现方法。课题运用GPSolution4软件接收指定GPS数据日志并进行存储，在VC++6.0环境下编写代码进行GPS数据的处理。根据GPS双频接收机的数据协议，对相应的数据进行提取、计算和显示等工作。从一开始显示电子含量随周日时间变化，经过数据的滑动等相应的处理，最终得到了比较清晰的垂直电子含量的走势。
　　 最后，为了找出电离层电子含量变化规律，记录了当地的天气情况，如气温、气压等。我们将周日垂直电子含量与当地天气因素进行了比较，讨论了不同天气下的电子含量走势。
　　 本课题的研究来自导航研究所承担的国家863项目“利用多径信号提高GNSS接收机性能的新技术研究”，本研究成果为GPS接收机定位算法提供了参考数据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题背景及意义

1.1.1课题背景

1.1.2课题意义

1.2电离层与GPS定位系统

1.2.1电离层简介

1.2.2 GPS定位系统

1.3主要研究内容

1.4论文结构及安排

第2章 电离层研究的理论方法

2.1电离层单层模型

2.2测定TEC的基本方法

2.2.1双频伪距法

2.2.2双频载波相位法

2.2.3电离层延迟模型研究方法的选择

2.3区域性VTEC的计算

2.3.1 VTEC简介

2.3.2计算VTEC

2.3.3地球坐标与站心坐标之间的转换

2.4 GPS双频接收机协议说明

2.4.1 GPS双频接收机电文类型

2.4.2 GPS双频接收机指令格式

2.4.3电离层模型所需参数的指令

第3章 GPS数据处理方法设计及软件开发平台

3.1 GPS数据处理方法

3.1.1 GPS数据采集系统组成

3.1.2 GPS数据处理流程

3.2软件开发平台简介

3.2.1 OEM4 PC Software中GPSolution 4软件平台

3.2.2 Microsoft Visual C++6.0软件开发平台

第4章 GPS数据获取及结果分析

4.1数据获取

4.1.1 GPS卫星定位系统的信息数据获取

4.1.2实时天气状况数据获取

4.2数据处理的软件实现

4.2.1坐标显示功能的实现

4.2.2天气数据显示功能的实现

4.2.3 TEC显示功能的实现

4.3数据分析

4.3.1周天天气状况与VTEC

4.3.2不同周天天气情况与VTEC之间的比较

4.4本章小结

第5章 结论

5.1论文工作总结

5.2今后工作展望

参考文献

致 谢

研究生履历