NTCM广播电离层模型建立及在中国区域的性能评估

论文摘要

电磁波在电离层中传播时会受到电离物质的影响,产生折射效应从而造成延迟,电离层延迟是影响导航定位授时精度的主要误差源之一。随着全球卫星导航系统的发展,GNSS观测资料越发丰富,为建立便捷有效的电离层改正模型提供了重要的数据源。对于实时单频用户,不能采用双频观测值来消除电离层延迟误差,主要利用广播电离层改正模型获取电离层信息来修正电离层时延。而NTCM模型结构简单,模型参数少,精度高,为建立广播电离层延迟改正模型提供了一种理想的方案。本文总结归纳了不同的电离层延迟改正模型,深入研究利用GNSS观测资料反演电离层的原理和方法。深入研究了NTCM模型,全面分析了NTCM广播电离层模型在不同场景下的性能表现。同时利用中国区域的GNSS观测网络,建立了适用于中国及周边区域的NTCM模型（NTCM-CN模型和MNTCM-CN模型）,并对其改正效果进行了深入分析。本文的具体研究工作如下:1)归纳和分析了电离层延迟改正的理论和方法,其中包括经典经验模型、双频改正模型和利用GNSS观测数据建立的VTEC模型。2)实现了一套基于GNSS观测资料建立VTEC模型的方法和策略,通过实验验证了该方法的合理性和正确性,并编写了一套电离层延迟改正的软件。3)从时域、空域和定位精度三个方面评估了NTCM广播模型的性能,并利用全球测站建立了NTCM全球广播模型,与北斗三代的广播模型—BDGIM进行了性能对比。利用一个太阳活动周期的计算结果与GPS Klobuchar模型和NTCM-Klobuchar模型对比,结果表明,NTCM全球广播模型的精度最高,较GPS Klobuchar模型能提高310 TECU,NTCM-Klobuchar模型精度介于NTCM全球广播模型和GPS Klobuchar模型之间。NTCM全球广播模型在大多数测站都有良好的表现,尤其在高程方向,定位精度较GPS Klobuchar模型能提高38%左右。NTCM全球广播模型的精度较BDGIM模型能提高1.2 TECU左右。4)建立了适用于中国及周边区域的NTCM模型,并进行了实验验证。研究表明:在太阳活动高峰期,NTCM-CN模型和MNTCM-CN模型较GPS Klobuchar模型大约有8 TECU的精度提升,在太阳活动平静期,大约有7 TECU的精度提升。同时通过2018年一个月的数据分析了GPS Klobuchar模型、北斗Klobuchar模型、BDGIM模型、NTCM-CN模型和MNTCM-CN模型在中国区域的表现,结果表明NTCM-CN模型预报的VTEC与CODE事后VTEC产品吻合度最高。本文的研究结果也证明了NTCM-CN模型在定位方面有很好的表现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 选题背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 主要研究内容
•     1.3.1 研究目标
•     1.3.2 研究内容和章节安排
• 2 电离层特性和电离层延迟改正方法
•   2.1 电离层基本特性
•   2.2 电离层延迟
•     2.2.1 电离层折射指数
•     2.2.2 电离层总电子含量
•     2.2.3 影响总电子含量的因素
•   2.3 电离层延迟改正方法
•     2.3.1 经典经验模型
•     2.3.2 双频改正模型
•     2.3.3 利用GNSS观测数据建立VTEC模型
•   2.4 本章小结
• 3 NTCM电离层延迟改正模型
•   3.1 引言
•   3.2 NTCM模型
•   3.3 NTCM电离层延迟改正模型建立方法
•     3.3.1 数据预处理
•     3.3.2 NTCM模型参数的计算
•   3.4 NTCM电离层延迟改正模型初步验证
•   3.5 本章小结
• 4 NTCM广播电离层延迟改正模型性能评估
•   4.1 引言
•   4.2 NTCM模型和GPS Klobuchar模型对比评估
•     4.2.1 时域分析
•     4.2.2 空域分析
•     4.2.3 定位结果分析
•   4.3 NTCM全球广播模型和BDGIM模型对比评估
•   4.4 本章小结
• 5 NTCM广播电离层延迟改正模型在中国区域的应用
•   5.1 引言
•   5.2 数据说明和建模方法说明
•   5.3 NTCM-CN模型和MNTCM-CN模型性能评估
•     5.3.1 测站数目对模型精度的影响
•     5.3.2 NTCM-CN模型和球谐区域模型对比评估
•     5.3.3 NTCM-CN模型和MNTCM-CN模型预报精度评估
•   5.4 本章小结
• 6 总结与展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 本文展望
• 参考文献
• 硕士研究生阶段发表的论文和参与的项目
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨超

导师: 赵齐乐,耿涛

关键词: 电离层改正模型,电离层总电子含量,单点定位

来源: 武汉大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 武汉大学

分类号: P228.4

总页数: 75

文件大小: 3983K

下载量: 13