GNSS电离层延迟改正及应用研究

论文摘要

电离层延迟是影响GNSS定位精度的主要误差来源之一。精确测定和预报TEC、深入研究其时空特征是电离层的重要研究课题。研究电离层电子含量的区域结构,变化特性为更好地消除电离层延迟,进一步应用于导航定位提供理论依据;通过监测电离层的异常变化状况来研究电离层对地震、雷电的响应机制,为气候气象学的预报研究提供理论依据。本文对地基GNSS电离层延迟改正模型、定位影响、TEC预报、地震的电离层异常探测等主要研究内容和结论如下:（1）Klobuchar模型对导航定位电离层延迟的实时改正应用广泛,但是其参数的设置考虑过于单一,改正效果仅有50%-60%。载波相位平滑伪距方法顾及卫星和接收机硬件延迟是目前应用最普遍的、精度最高的电离层延迟改正方法,其求解的电离层延迟改正精度可以达到95%。球谐函数模型作为电离层区域模型,它可模拟全球的电离层电子含量分布。本文分别利用Klobuchar模型、双频伪距模型、双频载波伪距模型、球谐函数模型以实现单站建模和区域建模,进一步求得电离层TEC,对解算结果进行精度统计,评估各个模型的精度和可靠性。结果表明:单站建模,Klobuchar模型优于双频伪距、但是与双频载波平滑伪距的精度还是差距较大,区域建模球谐函数模型能够模拟全球变化但是其存在自身局限性,未能反映出其时间上的变化特征,且其计算的TEC有负值。（2）电子含量的预测研究由来已久,研究表明ARIMA模型、BP神经网络模型、Holt-Winters模型对电离层电子含量的短期预报有着良好的适用性。通过方差定权组合、最优非负变权方法组合两种组合方法能达到比单一模型更优的精度。研究不同电离层环境下（活跃期、平静期）,TEC预报效果产生的差异,验证模型的适用性。结果表明:ARIMA模型、Holt-winters模型和BP神经网络模型,三种模型均能较好实现短期电离层TEC预测,而精度略有差异。组合方法方差定权组合和变权组合均有效改善单一模型的预测效果,实现电离层短期预测。（3）应用RTKlib软件分别进行标准单点定位、精密单点定位,探究Klobuchar模型、消电离层组合、GIM内插等不同模型方法对于定位的影响。结果表明:单点定位模式中,GIM插值模型改正精度明显优于Klobuchar模型改正精度。而在精密单点定位中Klobuchar模型改正的定位效果极差,甚至劣于标准单点定位中的改正效果,GIM内插的电离层改正定位精度为m级,无法达到精密单点定位的精度,唯独消电离层组合的定位效果可以达到cm级。（4）对青藏高原地区的区域TEC数据利用时序分析、傅立叶变换、相关性分析等方法研究其周期和影响因素状况,重点分析TEC的周日变化、季节变化、周年变化特性以及冬季异常现象,探究电离层与太阳活动、地磁活动的相关关系。结果表明:电离层TEC具有明显的周期特性,此外,TEC与纬度的相关性较强,与经度无明显关系;且电离层与太阳活动的相关性要强于其与地磁活动的相关性。（5）利用滑动四分位距法、小波-ARIMA方法探测电离层异常扰动。利用GPS数据对汶川地震期间电离层扰动进行分析。采用时间序列法对地震电离层TEC值进行异常探测,筛选与地震相关的电离层异常信息,从时间和空间上对地震期间电离层TEC时间序列进行分析,试验表明:地震发生当天,相邻探测点相关性下降;电离层异常扰动出现在地震临近前几天和震后几天,基本上为正异常,极少部分为负异常。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 电离层简介
•   1.2 研究目的和意义
•   1.3 国内外研究现状
•   1.4 本文主要研究内容
• 第2章 电离层电子含量反演及区域建模
•   2.1 电离层电子含量简介
•   2.2 电离层延迟建模概述
•     2.2.1 Klobuchar模型
•     2.2.2 双频改正模型
•     2.2.3 区域单层电离层模型
•   2.3 电离层电子含量建模分析
•     2.3.1 数据选取
•     2.3.2 实验分析
•   2.4 本章小结
• 第3章 电离层电子含量预报模型研究
•   3.1 预报理论研究现状
•   3.2 预报模型概述
•     3.2.1 时间序列模型-ARIMA
•     3.2.2 Holt-Winters模型
•     3.2.3 BP神经网络预报模型
•     3.2.4 两种组合模型
•   3.3 预测模型建模分析
•     3.3.1 方差定权组合法
•     3.3.2 最优非负变权组合法
•   3.4 本章小结
• 第4章 电离层延迟模型对定位的影响
•   4.1 卫星定位概述
•     4.1.1 卫星定位的基本方法
•     4.1.2 卫星定位中的电离层延迟误差
•   4.2 标准单点定位
•   4.3 精密单点定位
•   4.4 定位软件
•   4.5 单点定位误差分析
•     4.5.1 数据选取
•     4.5.2 标准单点定位
•     4.5.3 精密单点定位
•   4.6 本章小结
• 第5章 电离层时空特性及影响因素分析
•   5.1 区域电离层特性
•   5.2 TEC时间序列分析方法
•     5.2.1 低通滤波原理
•     5.2.2 自相关性原理
•   5.3 区域电离层时空特性研究
•     5.3.1 数据获取
•     5.3.2 电离层时空特性分析
•     5.3.3 电离层季节变化特性分析
•     5.3.4 电离层TEC影响因素相关性分析
•   5.4 本章小结
• 第6章 电离层电子含量异常扰动监测
•   6.1 电离层应用研究
•   6.2 地震引起的电离层扰动
•     6.2.1 地震电离层效应
•     6.2.2 TEC时间序列异常探测方法
•     6.2.3 异常探测
•   6.3 雷电引起的电离层扰动
•     6.3.1 雷电电离层异常研究现状
•     6.3.2 雷电活动电离层特征分析
•   6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
•   7.1 总结
•   7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间参与的科研项目及发表的学术论文
•   一、个人简介
•   二、获奖情况
•   三、攻读硕士期间参与的科研项目
•   四、攻读硕士期间发表的学术论文
•   五、学术交流
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 田祥雨

导师: 陈伟清,刘立龙

关键词: 总电子含量,预报模型,单点定位,异常扰动

来源: 桂林理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 桂林理工大学

分类号: P228.4

DOI: 10.27050/d.cnki.gglgc.2019.000202

总页数: 85

文件大小: 7668K

下载量: 64