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区域电离层GPS监测及应用研究

作　者: 黄逸丹
导　师: 平劲松
学　校: 中国科学院研究生院（上海天文台）
专　业: 天体测量与天体力学
关键词: GPS VTEC 电离层延迟模型单频观测 Klobuchar模型电离层周日变化
分类号: P352
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 435次
引　用: 7次
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内容摘要

GPS系统中导航电文包括了电离层延迟预报，它采用的是Klobuchar模型。由于该模型的参数设置的缺陷，以及全球电离层的不确定因素，其改正精度仅达到50％左右，无法满足区域性高精度导航定位的要求。因此，本文基于区域卫星导航系统，针对区域电离层改正对原Klobuchar模型提出了改进，针对相位及夜间平场的周日变化特性，将原来的8个参数扩展到14个参数，并将这一方案进行了软件工程化，可为中国区域及其周边地区的电离层延迟预报服务。在卫星导航、定位服务中，电离层延迟是主要误差源之一，通常通过双频观测的方法来消除它的影响。考虑到我国将来火星探测的需要，作为本文的另一个结果，探索了单频伪距-载波相位观测量求解观测站上空电离层垂直总电子含量，及其时间变化率的方法，并利用GPS观测进行实验计算。本文阐述了该方法的基本原理，给出了BJFS站的观测资料进行试算的例子。该方法与该GPS站双频观测的归算结果，以及IRI电离层模型进行了比较，得到了较好的结果。本文的工作大致可以归纳成：1、分析了GPS导航电文中采用的Klobuchar模型的不足，在原有模型的基础上增加了三角函数相位以及线性函数夜间平场在电离层周日变化中的影响，将原来K氏模型的8参数增加到14参数，分析了电离层周日变化特性，实现了周日参数的提取，并在服务区域范围内通过最小二乘由周日参数拟合得到最后的14个参数。在Linux操作系统下利用C-Shell、c语言及FORTRAN语言编写了该模型改正的软件代码，用于区域导航服务。2、探索了一种利用GPS／GNSS单频伪码-载波相位观测量求观测站上空电离层垂直总电子含量及其时间变化率的方法。阐述了该方法的原理并给出了利用BJFS站的观测进行解析的具体算例。与利用该GPS站双频观测解析的结果和电离层模型的结果进行了比较，三者结果一致，证明了方法的有效性。另外，本文提出的该方法，将对中俄合作火星探测器中萤火-1与Phobos-Grunt之间的掩星观测提供解析方法的参考。

全文目录

目录  3-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章绪论  7-16
  1.1 引言  7-8
  1.2 电离层物理特性  8-11
    1.2.1 电离层的形成  8
    1.2.2 电离层的分层结构  8-10
    1.2.3 电离层的不规则变化  10
    1.2.4 电离层时空变化特征  10-11
  1.3 电离层探测技术及研究内容  11-12
  1.4 全球定位系统GPS与电离层  12-14
  1.5 GPS中的电离层改正  14-15
  1.6 本文的研究内容  15-16
第二章利用GPS研究电离层的原理与方法  16-30
  2.1 电离层的折射特性  16-17
  2.2 电离层传播延迟  17-18
  2.3 电离总含量TEC，垂直总电子含量VTEC与电离层延迟  18-21
    2.3.1 电离层总含量TEC与垂直总电子含量VTEC  18-19
    2.3.2 单层模型  19-20
    2.3.3 投影函数的计算模型  20-21
  2.4 双频信号解算电离层总电子含量  21-22
  2.5 单频观测量(伪距相位)解算电离层垂直总电子含量  22-23
  2.6 区域GPS地面网与TEC观测模型  23-27
  2.7 区域TEC模型在深空探测卫星定轨观测中的应用  27-30
第三章区域电离层Klobuchar模型的改进及工程化  30-52
  3.1 引言  30-31
  3.2 GPS系统使用的Klobuchar模型  31
  3.3 改进后的Klobuchar模型  31-34
  3.4 改进后Klobuchar模型周日特征4参数的确定  34-39
    3.4.1 改进后Klobuchar模型周日特征4参数的确定方法  34-35
    3.4.2 改进后Klobuchar模型周日特征4参数的实例分析  35-39
  3.5 改进后Klobuchar模型14参数确定方法  39-42
  3.6 改进后Klobuchar模型在中国区域的工程化实现  42-51
    3.6.1 概述  42-43
    3.6.2 初始参数估计模块  43-49
    3.6.3 实时参数估计模块  49-51
  3.7 总结  51-52
第四章利用GPS单频观测解算电离层总电子含量  52-60
  4.1 引言  52-53
  4.2 基于无线电单频观测解算电离层总电子含量的原理  53-55
  4.3 基于L1频率的单频电离层TEC解算方法  55-56
  4.4 GPS TEC单频解析算例  56-58
  4.5 与双频电离层解算及IRI解算结果比较  58-59
  4.6 小结  59-60
第五章总结  60-61
参考文献  61-66
致谢  66-67
攻读硕士学位期间的论文情况  67
攻读硕士学位期间参与的研究工作  67-68
个人简历  68

区域电离层GPS监测及应用研究

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