中国地区电离层延迟函数模型建立与精度估计

摘要

电离层作为近地空间环境的重要组成部分，随着GPS等卫星导航系统的迅速发展，以及导航定位精度的不断提高，特别是SA政策取消以后，电离层折射延迟对电磁波信号的影响、利用卫星来探索电离层物理机制及监测电离层变化越来越成为人们关注的热点。利用GPS研究电离层变化的，特别是总电子含量（TEC）的变化是目前研究的热点。但是在GPS测量TEC过程中，最大的误差为GPS系统的卫星硬件延迟和接收机硬件延迟，统称为GPS系统延迟（DCB）），计算结果表明，GPS系统硬件延迟最大可达7ns，因此利用GPS研究TEC时，也要顾及DCB的影响。本文的研究内容如下：
　　1、论文简要介绍了电离层的研究概况及进展情况，并阐述了GPS定位的基本原理和利用GPS研究电离层的基本原理方法。
　　2、介绍了几种电离层延迟改正模型，并部分介绍了有关他们的优缺点及比较结果。
　　3、利用中国区域GPS跟踪网数据构建不同的网形，并建立中国区域多项式电离层模型（POLY），同时解算接收机和卫星的DCB，建立一套软件系统，并进行相应的分析。通过与CODE事后提供的全球电离层产品比较，结果表明利用中国 GPS区域网准实时测定的垂直电子总含量（VTEC）和卫星DCB的精度可达2.0TECu和0.2ns。着重研究了区域网独立测定卫星DCB的可靠性，利用中国境内的GPS站点分别构造三个大小不同的区域网，通过实测卫星DCB与CODE结果的比对表明：为了获得区域网准实时测定卫星DCB的可靠结果，对区域网的大小有一定的要求。
　　4、针对对研究中国区域电离层模型，合适的球谐展开阶数，进行了相应的计算和比较，结果表明4阶展开是可行的。
　　5、利用26个中国GPS跟踪网站点的观测资料，建立中国区域低阶球谐函数模型（LD-SPH）并同时解算硬件延迟，与CODE结果比较，结果表明利用中国GPS区域网准实时测定的VTEC和卫星DCB的精度可达1.0TECu和0.21ns，这说明建立中国区域LD-SPHF模型的可行、可靠的。

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Contents

1 绪 论

1.1 引 言

1.2 全球定位系统与电离层

1.3 电离层研究及进展

1.4 电离层研究内容

1.5 本文研究内容

2 GPS基本原理及误差分析

2.1 GPS基本原理

2.2 GPS误差源与分析

3 利用GPS研究电离层原理与方法

3.1 电离层概况

3.2 电离层折射指数公式

3.3 利用GPS研究电离层的原理与方法

3.4 利用GPS计算TEC的原理与方法

3.5 IGS介绍

4 区域网高精度电离层模型与硬件延迟可靠性分析

4.1 电离层延迟模型介绍

4.2 利用模型法解算VTEC和DCB的方法与流程

4.3 中国区域高精度TEC模型与DCB可靠性分析

5 建立中国区域球谐函数模型相关分析

5.1 CODE球谐函数模型相关

5.2 建立中国区域球谐函数模型分析

5.3 球谐展开几阶实用性初步分析

6 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要成果

附录A