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1、GPS广域增强系统电离层延迟网格修正算法的研究中国民航学院JOURNALOFCIVILAVIATIONlNSTrrLrI'EOFCHINAVol16No61)txmnt~l998GPS广域增强系统电离层延迟网格修正算法的研究黄建宇周其焕百;歪天率3)王永澄(南京航空航天丈学南京210016)1r-2~q,z【提要】建立一种广域增强系统地面监测网对电离层延迟观测薮据成网格修正值算法,并在天津,长春,西安三地通过用双频接收机同时采集的电离层延迟实测敷据,对广域增强系统的电离层网格修正法的修正精度进行验证,并与一般用户目前采用的K1obuchar模型修正法进行了比较.结果表明,电离层延迟网格修
2、正法的修正精度普遍大于8o%,优于Klobuchar模型修正法,是一种精度较高的电离层实时修正法.关键词i0引言(WAAS)电离层延迟网格修正算法GPS(GlobalPositioningsystem)是美国新一代卫星导航定位系统.它具有全球性,全天候,高精度,高效率等特点.随着GPS测量的理论和方法的日趋完善,越来越多的国家和地区正积极开发利用这一空问资源.但是,美国为了其自身利益,限制非特许用户利用GPS的高精度,对GPS采取了SA(SelectAva~ability)措施,人为地将误差引人卫星时钟和星历数据中,降低了GpS的定位精度.为此,世界各国民航界开展了深入的研究工作,相继提
3、出了一些解决方案.其中美国联邦航空局(FAA)的广域增强系统(wAAs)最具代表性.广域增强系统是从广域差分GPS(WADGPS)发展起来的.它同以往的差分系统有所不同,具有如下特点:(1)地域覆盖大,支持航路导航直至终端和进近;(2)对GPS卫星星钟误差,星历误差,大气延时误差的修正值分别导出,分别处理;(3)电离层延迟的修正采用网格法.用户利用网格结点上的修正值获得较为精确的电离层修正;(4)修正电文利用静止通信卫星广播,除修正信息外还有卫星完好性(可用/不可用)信息同时发送;(5)电文数据调制在类GPS的LI频率上,使得该广播卫星也供测距用,增加了导航星座中卫星的数目,使得系统的连
4、续服务和可用性都得到提高.在广域增强系统中,电离层延迟是影响GPS定位精度的要误差源之一.其校正的最有效方法是采用双频法.但是由于P码的保密,双频校正无法采用.广大C/A码单频接收机用户只能用模型法校正.GPS不断播发电离层延迟等效余弦模型参数,用来修正每次测量的伪收稿日期-1998-07-02咖一第16卷第6瑚黄建字.其媲水澧:GIN广域增强系统电离层延迟网格修正算法的研究7距然而,这个模型只能修正50%左右的电离层延迟误差本文提出的电离层延迟网格校正法是广域增强系统中重要的一环,它不仅能够为广大单频用户提供实时的电离层修正,而且也是整个系统修正星钟误差和星历误差的前提.目前,国内外大
5、地测量工作者在精密星历的测量方面取得了很大的进展.其中后处理精密星历误差的典型均方根(rms)值为20cml2小时外推GPS卫星轨道分量精度优于5111.后处理的精密星钟修正误差为lns一2ns(rms)t.关于电离层阿格模型的修正方法的实践还未见报道.本文在这方面做了一些探索性的工作.1WAAS系统电离层延迟网格修正法原理我们知道,电离层距离地面的平均高度为350km.为此,wAAS采用区域内距离地面350km的电离层面作为共同的电离层参考面在参考面上,经度线和纬度线按5度的间隔把参考面分割成一定数量的网格;刚格的结点作为wAAS系统发布电离层延迟误差的依附点.在WAAS覆盖区域内分布
6、有一个主控站和一定数量的监测站,监测站采用双频P码接收机实时计算出其可视范围内GPS卫星的电离层延迟值,同时计算出GPS卫星在电离层参考面上穿透点的经纬度,这些数据通过通信链路实时传送给主控站.主控站则根据各监测站的数据计算出电离层参考面上每个网格结点的垂直入射方向的电离层延迟值,并按一定格式生成电文由同步通信卫星转发给区域内广大用户.用户则通过计算其可视GPS卫星在电离层参考面上的经纬度并对照接收到的网格结点电离层延迟数据,依一定算法获得GPS卫星的电离层延迟值.l_lWAAS生成网格结点电离层延迟值的方法在WAAS系统中,网格结点电离层延迟误差的生成是一个复杂的数据处理过程,它牵涉到
7、许多算法下面从监测站和主控站两方面来说明刚格结点电离层延迟误差的生成过程.1.1l监驯站的计算任务(1)电离层延迟值的计算由于监测站采用双频P码接收机,电离层的延迟数据可以通过比较,的P码观测数据实时获得:了(Pl—P:)=1.54573(Pl—)(1)√l,l其中:为的电离层延迟值;P.,P为,码伪距(2)电离层参考面穿透点经纬度的计算对于每一个监测站来说,它们在WGS一84坐标系下的坐标精确已知.根据GPS接收机的观测量可以很容
