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基于CMONOC建立和评估中国区域电离层模型

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大地测量与地球动力学 2016年第2期36卷 138-142,157页

作者：杨凯薛军琛宋淑丽郭英董淑冷朱文耀山东科技大学测绘科学与工程学院青岛市266590 中国科学院上海天文台上海市200030 上海师范大学信息与机电工程学院上海市200234

利用中国地壳运动监测网络CMONOC中85个测站的GPS观测数据,建立3种常用的区域电离层模型:多项式函数模型(polynomial model,POLY)、低阶球谐函数模型(low-degree spheric function model,LSF)和球冠谐函数模型(spheric cap harmonic model,SCHA),并利用数字测高仪和GPS实测数据对3个模型进行评估和比较。与数字测高仪数据的比较表明,3个模型能够较为准确地反映VTEC的变化趋势,证明了模型的有效性。与GPS实测数据的比较表明,3个模型中平均精度最高的是低阶球谐函数模型,其次是多项式模型,最后是球冠谐模型,其RMS和STD平均值依次为3.48 TECu、3.03 TECu、3.54 TECu、3.00TECu、3.82TECu、3.25TECu。利用GPS实测数据计算GIM(global ionospheric maps)模型的精度,结果显示,3个模型的BIAS均比GIM模型大,但是其RMS和STD小于GIM模型,显示了区域模型精度较高的稳定性。由各个模型与GIM模型的VTEC差值格网图可知,3个模型在建模区域的中部精度较高,多项式模型在边界有较明显的边际效应。

关键词：区域电离层模型数字测高仪 GPS VTEC 评估

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基于SDCORS的区域电离层模型研究

全球定位系统 2016年第6期41卷 75-79,91页

作者：刘智敏李洋洋李斐郭金运张海平汤玉兵孔昭龙山东科技大学测绘科学与工程学院青岛266590 海岛(礁)测绘技术国家测绘地理信息局重点实验室青岛266590 山东省国土测绘院济南250102

区域电离层模型对实现GNSS高精度定位具有重要意义。本文基于SDCORS数据自动处理及分析系统,利用SDCORS双频数据,同时解算总电子含量和差分码偏差,对比分析IAACs最终的差分码偏差、电离层格网产品,并应用于单频精密单点定位。结果表明,... 详细信息

区域电离层模型对实现GNSS高精度定位具有重要意义。本文基于SDCORS数据自动处理及分析系统,利用SDCORS双频数据,同时解算总电子含量和差分码偏差,对比分析IAACs最终的差分码偏差、电离层格网产品,并应用于单频精密单点定位。结果表明,卫星差分码偏差、电离层格网产品与CODE结果的一致性最相符,卫星差分码偏差差值在0.15ns内,其它的在0.2ns左右,山东范围内总电子含量差值的RMS值在2.2TECU内,其它的在1.2~5.4TECU;静态PPP单天解的N、E方向偏差20cm,U方向30cm左右。

关键词： SDCORS数据自动处理及分析系统区域电离层模型总电子含量差分码偏差

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江苏省区域电离层模型的建立和精度分析

江南大学学报（自然科学版） 2010年第6期9卷 650-654页

作者：许承权范千沈飞闽江学院地理科学系福建福州350108 福州大学土木工程学院福建福州350108 江苏省测绘工程院江苏南京210013

利用江苏省连续运行卫星定位参考站综合服务系统的双频GPS载波相位观测数据,分别采用曲面拟合法、神经网络方法建立区域电离层模型,并详细分析不同模型的精度。计算结果表明,当基准站间距为200~300 km时,曲面拟合模型的平均外符合精度为... 详细信息

利用江苏省连续运行卫星定位参考站综合服务系统的双频GPS载波相位观测数据,分别采用曲面拟合法、神经网络方法建立区域电离层模型,并详细分析不同模型的精度。计算结果表明,当基准站间距为200~300 km时,曲面拟合模型的平均外符合精度为0.21 m,神经网络电离层模型的平均外符合精度为0.06 m;基于神经网络电离层模型的单频GPS精密单点定位4 h静态时段解可以达到cm级精度。

关键词：区域电离层模型单频GPS精密单点定位人工神经网络

利用球冠谐分析方法和GPS数据建立中国区域电离层TEC模型

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武汉大学学报（信息科学版） 2008年第8期33卷 792-795,814页

作者：柳景斌王泽民王海军章红平武汉大学测绘学院中国南极测绘研究中心武汉市珞喻路129号430079 青州市二炮士官学校训练团作战保障教研室青州市262500 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉市珞喻路129号430079

利用GPS实测资料建立了中国区域电离层TEC球冠谐分析模型（spherical cap harmonic analysis，SCHA），评估了该模型的精度和有效性。结果表明，该模型有较高的拟合精度，其拟合残差约为±3TECU，且精度在时间和空间上分布较均匀。根据... 详细信息

利用GPS实测资料建立了中国区域电离层TEC球冠谐分析模型（spherical cap harmonic analysis，SCHA），评估了该模型的精度和有效性。结果表明，该模型有较高的拟合精度，其拟合残差约为±3TECU，且精度在时间和空间上分布较均匀。根据IGS分析中心发布的IONEX全球电离层数据（GIM），内插得到了区域内相应时段的平均电离层电子含量，并利用它对CSHA模型的零阶项系数C0.0所表示的区域平均电离层电子含量进行了检核。结果表明，二者具有较高的一致性和相关性，其谱特征相关系数为0．993。由于SCHA模型较GIM模型利用了更多本区域的GPS观测数据，因此其拟合精度更高，拟合结果与实测数据更一致。对SCHA模型参数的时间序列进行谱分析，结果表明，该模型的模型系数较好地描述了区域电离层TEC的周期性变化特征。

关键词： GPS 区域电离层模型球冠谐分析模型

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不同活跃状态下香港区域电离层建模分析

测绘科学 2023年第8期48卷 72-80页

作者：赵奕源吴文坛赵春梅秘金钟莫雁寒田时雨李得海中国测绘科学研究院北京100036 北京房山人卫激光国家野外科学观测研究站北京102406 河北省自然资源档案馆石家庄071299 河北省第二测绘院石家庄071299

针对如何选取合适的区域电离层模型阶数的问题,该文研究了不同活跃状态下中国香港区域电离层模型的精度,提供了电离层平静期、活跃期、异常期区域电离层球谐函数建模的最佳阶数。利用低纬度中国香港CORS网数据,建立区域电离层模型,通过... 详细信息

针对如何选取合适的区域电离层模型阶数的问题,该文研究了不同活跃状态下中国香港区域电离层模型的精度,提供了电离层平静期、活跃期、异常期区域电离层球谐函数建模的最佳阶数。利用低纬度中国香港CORS网数据,建立区域电离层模型,通过对比欧洲定轨中心(CODE)电离层产品验证了区域电离层模型最佳阶数的建模精度。在约110km区域范围内,研究结果表明:①电离层平静期,1~5阶球谐模型垂直电子总含量(VTEC)建模效果相当,相对于CODE产品VTEC偏差的均值为2.286~3.300TECU;②电离层活跃期和异常期,2阶模型VTEC建模精度最高,相对于CODE产品VTEC偏差的均值分别为4.121、4.546TECU;③随着球谐模型阶数增加,2阶以上球谐模型电离层拟合精度无显著提升;④随着电离层活跃更加剧烈,球谐模型拟合残差逐渐增大,拟合效果和建模精度出现下降。

关键词：电离层区域电离层模型球谐函数电离层异常

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基于GNSS的区域电离层建模研究

基于GNSS的区域电离层建模研究

作者：赵奕源中国测绘科学研究院

学位级别：硕士

电离层效应严重影响了GNSS导航定位授时服务,是GNSS解算过程中的重要误差源之一。通过GNSS观测数据建立电离层模型,是目前开展电离层研究的主要技术手段。密集的CORS服务系统基站为区域电离层建模提供了丰富可靠的数据来源,依靠CORS观... 详细信息

电离层效应严重影响了GNSS导航定位授时服务,是GNSS解算过程中的重要误差源之一。通过GNSS观测数据建立电离层模型,是目前开展电离层研究的主要技术手段。密集的CORS服务系统基站为区域电离层建模提供了丰富可靠的数据来源,依靠CORS观测数据建立区域电离层模型,可以精确反映该区域电离层活动情况与变化规律。我国幅员广阔,跨越经纬度范围较广,不同经纬度区域电离层存在着不同的变化形态,同一区域不同时期电离层活跃程度也不尽相同。面对不同的电离层分布情况,如何选取合适的模型和阶数去精确拟合区域电离层,是区域电离层建模中值得研究的关键问题。同时受“赤道异常”影响低纬度地区电离层活动极为剧烈,传统单层建模方法建模精度不足,无法对活跃的电离层变化状态进行准确拟合。受太阳活动加剧的影响,地磁爆现象频频发生,研究磁暴发生时的电离层异常响应,对明确电离层变化机制、提高异常情况下的电离层改正精度具有重要意义。针对上述问题,本文利用区域CORS网观测数据,精细构建和改进区域电离层模型,研究地球磁暴引起的电离层异常时空响应特征,取得相关研究结果如下:(1)设计了电离层延迟提取结果的评估方案,评估了相位平滑伪距法、非差非组合PPP法提取电离层延迟的精度。分析了相位平滑伪距法、非差非组合PPP法提取电离层延迟的优缺点,设计了电离层延迟提取值零/短基线站间差分评估精度的方案。两种方法分别提取电离层延迟进行站间差分,对比了6组零/短基线的电离层延迟提取值的站间单差。相比于相位平滑伪距方法,非差非组合PPP提取电离层延迟的站间单差中误差减小69.7%-86.1%。PPP结果更为稳定,提取精度更高。(2)提供了球谐函数构建区域电离层模型的最佳阶数。推荐采用2阶球谐模型进行区域电离层建模。不同活跃状态下各阶球谐函数电离层建模结果表明:电离层平静期,1-5阶球谐模型VTEC建模效果相当,相对于CODE产品VTEC偏差的均值为2.286 TECU-3.300 TECU;电离层活跃期和异常期,2阶模型VTEC建模精度最高,VTEC偏差的均值分别为4.121 TECU、4.546TECU;随球谐模型阶数增加,2阶以上球谐模型电离层拟合精度无显著提升。不同纬度带区域电离层建模结果表明:不同纬度区域2阶球谐模型建模精度均为最优,东北、华北、西南某省2阶模型VTEC偏差均值分别为0.261 TECU、0.613 TECU、0.764 TECU;随纬度降低,区域电离层逐渐活跃,拟合精度下降,拟合残差中误差逐渐上升。(3)提出了一种混合多层电离层模型,提高了区域电离层建模精度。现有多层电离层建模方法主要关注中层和高层电离层电子分布,未顾及低纬度地区活跃时段电子含量集中于较低高度的情况,存在电离层活跃期建模精度较低的局限。本文根据电离层测高仪数据结果分析了太阳高活动水平时期电子密度与峰值高度的对应关系,考虑了高度较低电子密度较大情况的电离层特征改进了多层电离层模型。提出了混合多层电离层模型,在地方时13-21时电离层活跃期及活跃恢复期采用层高为150km、300km、450km的三层模型,在其余时段电离层平静期采用层高为450km的单层模型。新模型相对于传统单层模型,建模精度得到明显提升,外符合精度提升6.42%-52.08%,内符合精度提升37.37%-59.12%。(4)研究了地球磁暴引起电离层异常的时空响应特征。构建了磁暴发生前后区域电离层模型,提取了电离层异常,得到了磁暴期间电离层异常响应特征:地球磁暴可引起电离层异常,电离层异常在响应时间方面具有拖尾效应,磁暴结束24小时后电离层才恢复至磁暴前正常水平;小磁暴引起电离层天顶方向电子总量增大约9.5 TECU,对应视线方向电子总量可增大约36 TECU;高纬度地区的电离层异常响应大于低纬度地区;磁暴期间电离层异常响应首先呈现出从南向北增大延伸态势;当电离层VTEC及其异常值达到峰值后,电离层异常响应呈现从北向南减弱回归态势。

关键词：电离层区域电离层模型最小二乘多层模型电离层异常

几种地基GPS区域电离层TEC建模方法的比较及其一致性研究

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武汉大学学报（信息科学版） 2008年第5期33卷 479-483页

作者：柳景斌王泽民章红平朱文耀武汉大学测绘学院中国南极测绘研究中心武汉市430079 SiRF技术有限公司上海市201206 中国科学院上海天文台上海市200030

利用GPS实测资料实现了中国区域电离层电子含量建模,比较和评估了多项式模型、三角级数模型和低阶球函数模型的监测精度及存在的问题。研究表明,在平静电离层的条件下,多项式模型和低阶球函数模型拟合的精度较好,但前者存在明显的边际效... 详细信息

利用GPS实测资料实现了中国区域电离层电子含量建模,比较和评估了多项式模型、三角级数模型和低阶球函数模型的监测精度及存在的问题。研究表明,在平静电离层的条件下,多项式模型和低阶球函数模型拟合的精度较好,但前者存在明显的边际效应;三角级数模型在用于大区域拟合时精度较差;高纬度地区模型拟合的精度要优于低纬度地区。根据这些模型参数设置的特点以及电离层本身的变化分布规律,分析了这些差异存在的原因。

关键词： GPS 电离层区域电离层模型精度边际效应

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基于区域电离层建模的单点定位应用分析

大地测量与地球动力学 2013年第1期33卷 69-73页

作者：张瑞姚宜斌郑艳丽武汉大学测绘学院武汉430079 武汉大学卫星导航定位技术研究中心武汉430079

采用华东某省级区域CORS站数据,利用组合观测值提取测站电离层延迟,建立区域电离层模型;并将自估WHU电离层产品应用于流动站单双频定位。实验结果说明采用WHU产品的单频伪距单点定位(SPP)的定位结果明显优于CODE及双频SPP;同时,相对于CO... 详细信息

采用华东某省级区域CORS站数据,利用组合观测值提取测站电离层延迟,建立区域电离层模型;并将自估WHU电离层产品应用于流动站单双频定位。实验结果说明采用WHU产品的单频伪距单点定位(SPP)的定位结果明显优于CODE及双频SPP;同时,相对于CODE,WHU的单频PPP定位精度在三个方向的提高约为10%～30%,平面达到1～1.5 dm,高程2～2.5 dm;利用WHU产品进行双频PPP及中断重收敛实验,结果说明高精度电离层产品对提高初始定位精度、加速收敛以及中断后重收敛具有明显作用。

关键词：区域电离层模型精密单点定位伪距单点定位双频单频

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附加区域电离层约束的PPP定位收敛性分析

大地测量与地球动力学 2021年第5期41卷 525-529页

作者：魏盛桃李得海陈秉柱秘金钟冷宏宇山东科技大学测绘与空间信息学院青岛市266590 中国测绘科学研究院北京市100830 辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院辽宁省阜新市123000

为了改善PPP的定位精度和收敛速度,提出一种有效的解决思路:在非差非组合模型PPP定位的基础上,附加高精度区域电离层先验信息约束,利用美国西海岸CORS网内183个参考站的观测数据进行区域电离层建模,获取高精度电离层延迟信息;通过实验... 详细信息

为了改善PPP的定位精度和收敛速度,提出一种有效的解决思路:在非差非组合模型PPP定位的基础上,附加高精度区域电离层先验信息约束,利用美国西海岸CORS网内183个参考站的观测数据进行区域电离层建模,获取高精度电离层延迟信息;通过实验对比分析无电离层组合模型、非差非组合模型和附加电离层约束的非差非组合模型3种算法的PPP定位表现,结果表明,附加电离层约束算法具有更好的模型几何强度,相比于前两种模型,在PPP定位过程前10 min,该算法可以显著提升PPP定位的收敛速度和定位精度。

关键词：精密单点定位区域电离层模型附加电离层约束收敛时间几何强度