GNSS差分碼偏差處理方法及全球廣播電離層模型研究

王寧波

中國科學(xué)院光電研究院，北京 100094

GNSS差分碼偏差處理方法及全球廣播電離層模型研究

王寧波

中國科學(xué)院光電研究院，北京 100094

針對當(dāng)前多模GNSS應(yīng)用對多系統(tǒng)差分碼偏差(differential code bias, DCB)產(chǎn)品的需求以及DCB研究仍多局限于GPS及GLONASS的現(xiàn)狀，本文首先開展多模GNSS DCB參數(shù)精確確定研究；進而結(jié)合BDS全球系統(tǒng)建設(shè)的實際應(yīng)用需求，深入開展了GPS、Galileo及BDS全球廣播電離層模型研究，并采用大量實測數(shù)據(jù)對相關(guān)模型及技術(shù)方法的精度與可靠性進行全面分析與驗證，以期為多模GNSS應(yīng)用中DCB參數(shù)的改正以及BDS全球廣播電離層模型相關(guān)技術(shù)方案的論證與實施提供參考。本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：

(1) 多模GNSS DCB參數(shù)的精確確定。在確定滿足多模GNSS應(yīng)用需求的DCB參數(shù)類型的基礎(chǔ)上，將IGGDCB方法擴展用于包括GPS、GLONASS、BDS及Galileo在內(nèi)的多模GNSS衛(wèi)星與接收機頻內(nèi)及頻間參數(shù)的精確確定。IGGDCB方法通過逐測站利用廣義三角級數(shù)建立局部電離層模型，避免了常用DCB參數(shù)確定方法對全球大量基準(zhǔn)站或外部電離層信息的依賴，解決了當(dāng)前MGEX基準(zhǔn)站(特別是BDS基準(zhǔn)站的數(shù)量與分布)不適于全球電離層同步建模處理的難題?；谠摲椒ㄌ幚淼玫降亩嗄NSS DCB產(chǎn)品已正式提交至國際IGS組織，為各類多模GNSS應(yīng)用提供服務(wù)。

(2) GPS廣播的Klobuchar模型改進。提出了一種改進的10參數(shù)Klobuchar模型，與8參數(shù)Klobuchar模型將夜間天頂電離層時延設(shè)置為固定的5 ns相比，10參數(shù)Klobuchar模型將夜間天頂電離層時延表示為與地磁赤道對稱的線性函數(shù)更為合理。在全球大陸及海洋地區(qū)，10參數(shù)Klobuchar模型的修正精度相比于GPS廣播的Klobuchar提高了10～14%。在不改變當(dāng)前GPS電離層播發(fā)參數(shù)個數(shù)、系數(shù)大小及更新頻率的條件下，通過對夜間電離層參數(shù)的建模與預(yù)報，進一步提出了一種顧及夜間電離層變化的NKlob單頻電離層時延修正方案。

(3) Galileo全球廣播電離層模型-NeQuick。在系統(tǒng)總結(jié)NeQuick模型數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)特點及其播發(fā)參數(shù)計算方法的基礎(chǔ)上，基于全球23個GPS監(jiān)測站數(shù)據(jù)實現(xiàn)了Galileo廣播電離層模型播發(fā)參數(shù)的計算，為全面分析Galileo電離層模型在全球范圍內(nèi)修正效果奠定了基礎(chǔ)。NeQuick模型無需投影函數(shù)即可實現(xiàn)不同視線方向電離層TEC的計算，本文同時提出了一種基于NeQuick的電離層投影函數(shù)誤差分析方法，為電離層薄層假設(shè)及常用投影函數(shù)的進一步改進提供了新的思路。

(4) BDS全球廣播電離層模型-BDSSH。針對BDSSH(BDS Spherical harmonics)模型工程化應(yīng)用的具體要求，分析了不同播發(fā)參數(shù)解算策略、參數(shù)更新頻率及非播發(fā)參數(shù)選擇等對模型修正精度的影響，進而利用區(qū)域BDS及全球GPS觀測數(shù)據(jù)全面評估了BDSSH模型的應(yīng)用精度及可靠性。基于區(qū)域BDS數(shù)據(jù)的測試結(jié)果表明，BDSSH模型在中國區(qū)域的修正精度為80.2%；基于全球GPS數(shù)據(jù)的測試結(jié)果表明，BDSSH模型在全球范圍內(nèi)的修正精度為77.2%。基于改進球諧函數(shù)構(gòu)建的BDSSH模型能夠滿足BDS全球系統(tǒng)高精度電離層時延誤差修正以及“境內(nèi)為主，境外為輔”的監(jiān)測站布設(shè)要求，也為其他新型GNSS全球廣播電離層模型的構(gòu)建提供了參考。

E-mail： wnbigg@asch.whigg.ac.cn

Study on GNSS Differential Code Biases and Global Broadcast Ionospheric Models of GPS，Galileo and BDS

WANG Ningbo

Academy of Opto-Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094，China

his doctoral degree from Institute of Geodesy and Geophysics, Chinese Academy of Sciences on June 2016，majors in multi-GNSS DCB processing and global ionospheric total electron content (TEC) modeling.

王寧波.GNSS差分碼偏差處理方法及全球廣播電離層模型研究[J].測繪學(xué)報，2017,46(8)：1069.

10.11947/j.AGCS.2017.20160387 WANG Ningbo.Study on GNSS Differential Code Biases and Global Broadcast Ionospheric Models of GPS，Galileo and BDS[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(8):1069. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20160387.

P228

D

1001-1595(2017)08-1069-01

國家973計劃(2012CB825604)；國家自然科學(xué)基金(41231064； 41304034； 41574033； 41321063)

2016-08-09

王寧波(1987—)，男，2016年6月畢業(yè)于中國科學(xué)院測量與地球物理研究所，獲工學(xué)博士學(xué)位(指導(dǎo)教師：袁運斌研究員)，研究方向為多模GNSS差分碼偏差處理及全球電離層建模。