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电离层作为空间大气的重要组成部分,对无线电传播和航空航天等相关活动都有着重大的影响。作为GNSS导航定位中的主要误差源之一,电离层延迟严重制约了 GNSS单频用户的定位精度。同时,由于电离层色散特性的存在,使得利用地面GNSS双频观测值监测电离层成为可能。与传统的电离层监测技术相比,GNSS具有反演精度高、覆盖范围广、全天候连续观测等优势。基于GNSS的电离层探测技术已经成为当前电离层领域的研究热点。尽管国内外学者在GNSS电离层监测领域作了大量的研究,建立了 GNSS电离层建模的基本理论,并实现了电离层产品的日常发布。但是,目前GNSS电离层产品的精度仍有待进一步提升。此外,差分码偏差(DCB)作为电离层观测值中不可忽略的偏差项,其数值可以达到几十纳秒。在GNSS高精度定轨、定位、授时等数据处理中,也必须进行DCB改正。随着近年来BDS和Galileo系统的快速发展,多系统GNSS DCB参数的精确估计显得日益重要。目前可用的DCB产品仍多局限于GPS和GLONASS系统。针对当前多系统GNSS的应用需求,开展多系统GNSS电离层建模和DCB参数精确估计的研究有较重要的意义。本文旨在研究多系统GNSS高精度电离层建模和DCB估计相关理论方法,力求为全球导航定位用户提供高精度高可靠性的GNSS全球电离层和DCB产品。围绕该核心目标,本文评估了不同电离层观测值提取方法和多系统GNSS融合对电离层建模的贡献,并基于IGS小时更新观测文件生成近实时电离层产品。实现了 GPS、GLONASS、BDS和Galileo系统DCB参数的精确估计,结合GLONASS和BDS卫星的特性对其DCB参数进行了分析。论文的主要工作和结论如下:(1)系统总结了 GNSS电离层建模和DCB估计中存在的问题,介绍了相关的基本原理和方法。从GNSS基础观测方程出发,详细推导了不同电离层观测值提取方法。总结了 GNSS电离层建模中较常用的投影函数和拟合模型。推导了多系统GNSS DCB估计的具体方法,并给出了 DCB参数的精度评价指标。(2)分析了多系统GNSS观测值融合和PPP固定解电离层观测值提取方法对电离层建模的贡献。利用全球IGS/MGEX网的观测数据实现单GPS、GPS+GLONASS、GPS+BDS、GPA+GLONASS+Galileo 以 及GPS+GLONASS+BDS+Galileo五种组合模式的全球电离层建模,并对不同组合模式生成的电离层产品进行对比分析。结果表明,不同观测值组合生成的电离层产品间偏差值基本在1 TECU以内,多系统GNSS观测值对当前全球电离层建模的贡献不明显。PPP固定解与传统相位平滑伪距电离层观测值提取方法相比,其对全球电离层建模的贡献不明显。但采用区域网内插时,PPP固定解比相位滑伪距的电离层产品精度高约0.5 TECU。单频PPP的结果表明,采用PPP固定解改正电离层延迟比相位平滑伪距方法在E、N、U方向的定位精度提升分别接近30%、36.4%和 37.5%。(3)针对实时GNSS导航定位用户,利用IGS小时更新的观测文件生成了近实时全球电离层产品。该近实时产品与CODE电离层产品在全球大部分区域的偏差小于2 TECU,统计偏差的均值和STD分别在4 TECU和6 TECU以内。以CODE电离层产品为参考,近实时电离层产品与事后产品的偏差基本相当。对三种电离层产品进行单频PPP的结果表明,近实时产品与事后产品精度基本相当,比CODE事后电离层产品略差。(4)实现了 GPS、GLONASS、BDS和Galileo四系统DCB参数的精确估计,并对估计的多系统DCB产品进行了评估。实验结果表明:估计的DCB产品与DLR和IGG的产品符合得较好,三个机构GPS、GLONASS、BDS和Galileo卫星DCB的偏差分别在0.2 ns、0.5 ns、0.2 ns和0.2 ns以内。在DCB参数的稳定性方面,本文估计的GPS、GLONASS、BDS和Galileo卫星DCB的STD分别小于 0.05 ns、0.14 ns、0.11 ns 和 0.15 ns,比 DLR 和 IGGDCB 产品的 STD 略小。(5)针对GLONASS卫星信号采用频分多址编码方式,提出一种顾及GLONASS频间偏差的DCB估计方法,并评估其频间偏差对DCB估计的影响。结果表明:不顾及GLONASS频间偏差进行DCB估计时,其观测值残差出现与频率通道相关的系统误差,而顾及GLONASS频间偏差的DCB估计方法能消除该系统误差。将顾及和忽略频间偏差估计的DCB参数作差,得到不同频率通道上DCB偏差的最大值达到7ns。同时,基于MGEX和iGMAS网的观测数据对BDS2和BDS3卫星DCB间的系统偏差进行了分析。结果表明:对于MGEX/iGMAS同一网内接收机,BDS2和BDS3卫星DCB间不存在明显的系统偏差,而对于网间接收机BDS2和BDS3卫星DCB间出现了明显的系统偏差。