星载单频 gps低轨卫星精密测轨中电离层延迟的综合改正方案

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1、星载单频GPS低轨卫星精密测轨中电离层延迟的综合改正方案：本文主要研究星载单频GPS低轨卫星精密测轨中电离层延迟改正方法，主要修正星载GPS接收机运行轨道之上的电离层影响（即上部电离层延迟）。考虑了电离层精确分层问题。基于低轨卫星精密测轨的特点，提出一种低轨卫星载单频GPS接收机进行精密的电离层延迟综合改正方案。　　关键词：电离层延迟；卫星精密测轨；电离层改正　　Abstract:ThispaperstudiesspacebornesinglefrequencyGPSLoinationofionosphericde

2、laycorrectionmethod,themaintoamendmentstheonboardGPSreceiverorbitabovetheionosphere(theupperionospheredelay).Its.BasedonthecharacteristicsofthePrecisionOrbitDeterminationofLEOsatellite,aLEOsatellitecontainsasingle-frequencyGPSreceiverprecisionionosphericdelayc

3、orrectionscheme.Keyination;ionosphericcorrection　　　　：P228.4：A：2095-2104（2012）　　　　低轨卫星（LEO）的GPS定轨方法属于空基GPS定位类型，基本原理与地基GPS用户的定位方法是一致的，最大的不同在于大气延迟仅包含电离层延迟。低轨卫星轨道处在350公里左右的高空区域，它处在电离层活动最激烈的F2层区域。假设采用单频GPS接收机，无法自主校正电离层折射影响，所以GPS观测信号中的上电离层延迟是其实现精密测轨的最主要、最棘手误差源。从可行性、

4、精度与可靠性等方面综合考察，目前已有的各类的改正单频GPS观测信号中电离层延迟的经验模型和方法都不能满足这类低轨卫星测轨的高精度要求。而适用于地面单频用户的高精度电离层延迟改正方法(如WAAS系统提供的电离层延迟改正信息)又不能直接应用到空基GPS用户中，主要原因在于低轨卫星定轨中仅受上电离层延迟的影响，因而，必须对电离层进行高精度分层及高精度模拟上电离层延迟。所以，需根据低轨卫星单频GPS精密测轨的要求和特点，研究新方法，实现电离层延迟的高精度改正。本文的研究，原则上不再沿用经验模型改正电离层延迟的方法，而是在研

5、究地基单频GPS用户的电离层延迟改正理论与方法的基础上，通过有效地结合低轨卫星接收机的单频GPS观测数据(可求相对较精确的电离层延迟变化)及地面双频GPS观测数据(提供若干精度较高的绝对电离层延迟值)，探索星载单频GPS接收机的低轨卫星精密测轨中电离层延迟改正的各种方法的优劣，并提出自己的一种思路。　　1经验模型改正(如IRI，Bent，Klobuchar等)　　经验模型由大量长期的电离层探测资料统计而得。电离层结构复杂，难以用一种严格的数学表达式精确描述它的空间分布。利用IRI等反映全球电离层平均变化趋势的统计经

6、验模型，改正GPS测量中的电离层折射影响，平均效果较差，不能用于任何精密GPS测量工程。　　2理论模型改正　　理论电离层模型主要根据电离层的形成机理和电离层物理化学特性推导而得，要求有经验数据输入，以描述各种力函数的特征，通过模拟全部物理过程，得出TEC。理论模型能够观察输入的各种物理参数的相对影响及其可能变化，但太复杂，不便直接用于GPS测量精度和可靠性也不能得到保证。　　3实测模型改正　　利用(GPS或其它经典仪器的)地面观测值拟合某电离层参数模型，由该模型直接为低轨卫星提供电离层改正。这种方法使用范围有限且一

7、般也未考虑电离层分层效应，不适用于低轨卫星精密测轨。　　4实测模型与通用模型的联合修正　　利用地面GPS接收机精确估算整层电离层延迟；利用通用模型(如IRI)计算低轨卫星轨道至地面(即下电离层)的垂直电离层延迟；将两者相减即得所求的上电离层延迟改正量。这种方法虽能精确求得整层电离层延迟量，但通用模型垂直分辨精度低，而经验模型的电离层分层效果差，限制了改正精度，加之地面站固定且数目有限，使用范围较小。　　5采用附加转发系统改正　　在方法4)的基础上，给低轨卫星安装转发器，变频转发低轨卫星“视野”内的所有GPS卫星信号

8、。地面接收机完成卫星选择、卫星信号跟踪接收，并处理出低轨卫星位置和速度。采用S类或其它合适的频段转发GPS的L1和C/A码信号，地面接收系统实时记录所有原始信息，通过事后重放再进行精密轨道处理。为提高精度，系统在地面接受站附近的已知点位置放设一台基准接收机，从而组成差分GPS系统外测系统。在该基准站支持下，地面系统可快速处理转发信号，给出有一定精度的实时轨道