GNSSCompass电离层时延修正及TEC监测理论与方法研究

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1、国密级：——中国科学院大学博士学位论文鱼盟曼曼丝!坐乜!墅电矗层吐延修正屋!壁￡堕冽理论曼立法研塞作者姓名：奎王生指导教师：盛垂越硒宜虽史国抖堂暄塑l量皇丝建塑堡班基压学位类别：工堂谴主学科专业：太地测量堂皇测量王捏培养单位：生垦科堂瞳捌量皇堂鲎趣里盟嚣压2012年11月ByZishenLiSupervisedProf．妇nbin物anADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofGeodesyan

2、dSurveyingEngineeringInstituteofGeodesyandGeophysicsChineseAcademyofSciencesNovember，2012摘要电离层作为地球空问大气的重要组成部分对无线电导航信号产生着严重影响，己成为全球导航卫星系统(GNSS)数据处理中最为棘手的误差源之一；同时，GNSS也为大范围连续监测地球电离层TEC与电子密度分布提供了全新的技术手段。近年来，我国Compass的建设与应用为GNSS电离层研究带来新的机遇与挑战。一方面，不同于美国GPS，我国Compass监测站的布设以“境内为主，境外为辅”，且境外监测站数量非常有限，加之，

3、我国区域电离层活动较全球平均水平要更为复杂，难以直接利用国际上现有模型与方法实现Compass全球／区域电离层时延的高精度修正及全球电离层TEC的精细监测：另一方面，建立独立自主高精度的电离层时延修正及全球电离层TEC监测方法对我国Compass在竞争日益激烈的国际导航市场中取得优势地位具有重要意义。本文紧跟国际相关领域的研究热点，结合Compass实际需求以及我国区域电离层活动特点，提出和研究了与Compass建设与应用密切相关的全球／区域电离层时延修正及全球电离层TEC监测的基本模型与方法，自主研制了相关的数据处理与分析软件，采用大量电离层观测数据(包括GPS、Compass、TO

4、PEX／Poseidon以及DORIS等)对相关技术方法的应用性能进行了详细分析与验证，并与国际上相关成果进行了对比。(一)提出了一种精确确定GNSS／Compass卫星频间偏差的“两步法"-IGGDCBGNSS卫星频间偏差不仅是影响电离层TEC计算精度最主要的系统误差，也是实现多频多类观测值综合利用所必须要消除的误差之一。目前IGS电离层分析中心估计GPS／GLONASS频间偏差参数的方法因全球电离层TEC建模而必须依赖于全球分布的大量GNSS基准站，难以在少量监测站情形下直接实现Compass卫星频间偏差的精确确定。同时，现有方法中施加于所有卫星频间偏差的“零均值”基准无法有效顾及

5、到不同卫星频间偏差稳定性之间的差异，然而，实际中不同卫星因型号以及在轨服役时问的不同，频问偏差稳定性通常会存在一定差异(有时该差异还比较显著)；特别是，Compass星座包含有不同高度轨道的卫星，其所受不同高度上空间环境的影响也极会导致频间偏差稳定性产生较大差异，因此，“零均值”基准一定程度地降低了卫星频问偏差估值的精度与可靠性。针对此，本文提出并建立了确定GNSS／Compass卫星频间偏差的“两步法”．IGGDCB(IGG,_Institudeof至≥odesyand至扣叩hysics，Wuhan；DCB，DifferentialCodeBiases)。该方法一方面，通过逐基准站利

6、用广义三角级数函数建立局部电离层TEC模型，实现频间偏差与电离层TEC参数的分离，有效解决了常用方法中因全球电离层TEC建模而造成的对大量全球分布GNSS基准站的依赖；另一方面，通过设计卫星频问偏差稳定性判别标准，自适应地选择部分频间偏差稳定性较好的卫星构造新的“拟稳”基准，用于卫星和接收机频问偏差参数的合理分离，相对于现有方法中施加于所有卫星的“零均值”基准，可有效避免因部分卫星频间偏差稳定性较差而造成的对其他所有频间偏差参数估值的影响，进一步提高参数估计的可靠性。l中国科学院大学博士学位论文：GNSS／Compass电离层时延修正及TEC监测理论与方法研究基于IGGDCB方法利用7

7、个全球基准站与目前IGS各电离层分析中心利用近200个全球基准站确定的卫星频问偏差参数精度基本相当(约0．1—0．2ns)，且IGGDCB方法估计得到的卫星频间偏差变化与其实际稳定性更为接近。IGGDCB方法的建立为后续进一步提高GNSS／Compass电离层时延修正及电离层TEC监测的精度奠定了基础。(二)构建了一种适合于Compass的全球广播电离层时延修正模型．BRDSH全球广播电离层时延修正模型是目前单频导航用户实现电离层实时修正的主要