多模多频GNSS差分码偏差估计及电离层建模研究

来源 :中国地质大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shao402248950
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电离层延迟是GNSS导航定位中重要的误差源,特别是对于单频用户。因此,对电离层进行监测和建模具有重要的意义。一方面电离层导致的GNSS信号延迟严重影响了其导航定位的精度,而另一方面由于GNSS具有覆盖范围广、观测时间长、反演精度高等特点,为电离层监测和建模提供了一种有效的手段,因而采用GNSS进行电离层监测和建模也成为当前研究的热点。差分码偏差(DCB)包含在电离层观测值中,与电离层TEC参数相互耦合,在电离层建模时需要被精确分离和确定。因此,差分码偏差的精确处理和电离层TEC的函数拟合是GNSS电离层建模研究中两个重要的问题。随着GNSS的快速发展,多模多频GNSS(包括GPS、GLONASS、BDS、Galileo和QZSS)已逐步形成,可以为电离层研究提供更多的观测值,但同时也带来了相应的问题。本文针对多模多频GNSS卫星和接收机差分码偏差处理及电离层TEC建模等问题展开研究,所做的主要工作和研究成果如下:(1)分析了加入BDS-3数据后对BDS DCB的影响,并评估了QZSS系统DCB的稳定性。利用MGEX提供的BDS观测数据研究分析了加入BDS-3观测数据后对卫星和接收机DCB的影响,结果表明在加入BDS-3观测数据后,对BDS-2卫星DCB的影响值接近于0。也就是说,在采用BDS-2+BDS-3和BDS-2-only估计的卫星DCB,没有发现明显的系统偏差。为了进一步分析加入BDS-3观测数据后BDS接收机DCB的稳定性,基于CODE的GIM提出了一种可以逐历元估计接收机DCB的方法,通过与DLR和CAS的产品相比验证了方法的有效性,估计的大多数接收机DCB在一天内表现出相对稳定性。同时,比较使用BDS-2-only和BDS-3-only观测数据估计的结果表明,BDS-3接收机DCB的日内稳定性要优于BDS-2接收机DCB。此外,采用2018年90天的来自MGEX的GPS和QZSS的观测数据,基于全球电离层建模方法估计和分析了QZSS的卫星和接收机DCB。结果表明,估计的QZSS卫星DCB的波动范围大多在0.5ns以内。而接收机DCB不如卫星DCB稳定,所有测站的接收机DCB的标准差在1.9ns内。分析发现接收机DCB的稳定性与接收机和天线类型没有明显的关系。(2)针对多模多频GNSS观测进行电离层建模时需要估计多种类型的卫星DCB(本文共涉及19类DCB)问题,提出了一种新的DCB估计方法(IGDE)。为了分析IGDE估计方法的有效性,选择了2019年200天(年积日为DOY 001-200,2019)的观测数据。比较分析的结果表明,IGDE估计的多类型卫星DCB与CAS和DLR提供的产品展现出较好的一致性。对于估计的大部分类型的DCB相对于MGEX产品的平均偏差都在±0.4ns之内,偏差的STD都小于0.2ns。就估计精度而言,IGDE方法估计的GPS、GLONASS、BDS、Galileo和QZSS卫星DCB相对于MGEX产品的RMS均值分别为0.12、0.23、0.21、0.13和0.11ns。而估计的DCB的稳定性则分别为0.07、0.06、0.13、0.11和0.11ns。评估结果表明IGDE方法在多模多频GNSS卫星DCB估计中具有较好的性能。(3)提出了一种估计GNSS单站接收机DCB的方法,并分析了接收机DCB日内稳定性。采用提出的IDGE DCB估计方法结合MGEX提供的卫星DCB值,发展了一种可以估计GNSS单站接收机DCB的日估值和逐历元估值的方法。采用一个月的数据进行估计和验证,结果表明估计的19类接收机DCB的日估值相对于MGEX产品的RMS值大部分都要小于1ns,估计结果与MGEX产品具有较好的一致性。通过零基线站间单差实验表明该方法能较好的估计出接收机DCB的日内变化值。实验结果表明GPS的接收机DCB日内稳定性最好,日内STD小于1ns的情况超过90%,其次是GLONASS和BDS的接收机DCB,它们的日内STD大部分在2ns以内。而Galileo和QZSS由于观测数据的原因导致其接收机日内稳定性较差。同时以GPS为例,分析了其接收机DCB日内变化与测站位置、接收机类型和温度的关系,结果表明接收机DCB的逐历元估值变化(日内变化)与测站所处位置、接收机类型等没有明显的关系,而与温度的变化有较强的相关性。(4)基于多模多频GNSS观测构建了全球电离层格网模型(GIM),并生成了电离层格网产品,同时分析比较了IGS不同分析机构提供的全球电离层格网图的精度。采用2019年1月30天的MGEX和IGS提供的观测数据,以CODE提供的电离层格网图为参考,统计结果表明,JPL/UPC/ESA/WUH/CAS和本文估计的GIM相对于CODE的GIM的平均偏差分别为1.87,1.30,-0.10,0.01,-0.02,-0.71TECu;RMS分别为2.12,2.00,1.33,0.88,0.88,1.30 TECu。(5)采用非差非组合PPP提取电离层观测值进行电离层建模,并分析了接收机DCB日内变化对电离层建模的影响。以GPS和GLONASS的P1-P2观测值为例,选取了超过400个测站的数据,30天的实验结果表明估计的GIM相对于CODE提供的GIM产品的平均偏差和RMS分别为-0.41和1.32TECu,表明估计的GIM精度与CODE相当。同时,还进一步分析了接收机DCB日内变化对电离层建模的影响,实验结果表明,考虑接收机日内变化后一定程度的减少了观测值的残差,但对电离层GIM的最终影响较少。
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