基于GPS/BDS的电离层完备性监测及软件实现

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美国取消SA政策后电离层延迟被认为是最大的误差源,变化最复杂,也最难以精确建模。无论在正常的电离层条件下还是在电离层活动比较剧烈或发生闪烁的情况下(比如中等尺度的电离层行扰),都可以用区域的线性内插模型将绝大部分的电离层延迟影响消除掉,使移动用户在很大程度上得到实时高精度的定位服务。然而,一些电离层的高阶项残差在某些情况下仍然会残留在基线中,并对基线上的模糊度解算和坐标估计等造成影响,严重的情况下会导致流动端不能初始化。因此,为了确保移动用户定位的可靠性与可用性,必须对电离层实施完备性监测。  本文叙述了现有文献的电离层完备性监测理论;讨论了电离层完备性监测的必要性,以及电离层完备性监测的内容及监测指标;研究了双差电离层延迟的计算;对几种电离层内插模型的精度进行分析研究;在GPS电离层完备性监测基础上首次对北斗系统(BDS)进行电离层完备性监测,重点研究了两项监测指标电离层残差完备性监测指标(Ionosphere residual integrity monitoring,IRIM)和电离层残差内插不确定性指标(Ionosphere residual interpolation uncertainty,IRIU)在BDS中的可用性,从而丰富和完善了GNSS电离层完备性监测理论;采用河北省CORS网(HBCORS)基准站的实测GPS、BDS数据计算区域内基线的电离层延迟以及相应的电离层完备性监测指标,并评价其精度,检验HBCORS网的电离层完备性性能。  通过实验分析得出结论:由HBCORS网数据计算的电离层延迟均位于分米级精度以内,部分基线部分时段的电离层延迟值相对较大,是由基线长度、地方时和参考站的地理位置等因素引起的;采用的电离层延迟内插模型中加权的低阶曲面模型内插精度最高,且内插精度受流动站位置的影响最小,内插精度达到厘米级;监测指标IRIM、IRIU可以较好地反映出区域内电离层延迟的情况及其变化趋势,能有效地监测电离层延迟的可靠性和可用性以及上空电离层活动的稳定性,可用于HBCORS网的电离层完备性监测;而且实验证明两项监测指标IRIM、IRIU在BDS中同样适用;GPS/BDS组合系统的监测效果要好于GPS、BDS单系统的监测效果,说明BDS的加入提高了电离层完备性的监测性能,对BDS在全球的更好应用具有重要意义。
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