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GNSS差分码偏差处理方法及全球广播电离层模型研究
王宁波
中国科学院光电研究院, 北京 100094
收稿日期：2016-08-09
基金项目：国家973计划（2012CB825604）；国家自然科学基金（41231064；41304034；41574033；41321063）
第一作者简介：王宁波(1987-), 男, 2016年6月毕业于中国科学院测量与地球物理研究所, 获工学博士学位(指导教师:袁运斌研究员), 研究方向为多模GNSS差分码偏差处理及全球电离层建模. 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
针对当前多模GNSS应用对多系统差分码偏差(differential code bias, DCB)产品的需求以及DCB研究仍多局限于GPS及GLONASS的现状，本文首先开展多模GNSS DCB参数精确确定研究；进而结合BDS全球系统建设的实际应用需求，深入开展了GPS、Galileo及BDS全球广播电离层模型研究，并采用大量实测数据对相关模型及技术方法的精度与可靠性进行全面分析与验证，以期为多模GNSS应用中DCB参数的改正以及BDS全球广播电离层模型相关技术方案的论证与实施提供参考。本文的主要研究内容包括以下几个方面：
(1) 多模GNSS DCB参数的精确确定。在确定满足多模GNSS应用需求的DCB参数类型的基础上，将IGGDCB方法扩展用于包括GPS、GLONASS、BDS及Galileo在内的多模GNSS卫星与接收机频内及频间参数的精确确定。IGGDCB方法通过逐测站利用广义三角级数建立局部电离层模型，避免了常用DCB参数确定方法对全球大量基准站或外部电离层信息的依赖，解决了当前MGEX基准站(特别是BDS基准站的数量与分布)不适于全球电离层同步建模处理的难题。基于该方法处理得到的多模GNSS DCB产品已正式提交至国际IGS组织，为各类多模GNSS应用提供服务。
(2) GPS广播的Klobuchar模型改进。提出了一种改进的10参数Klobuchar模型，与8参数Klobuchar模型将夜间天顶电离层时延设置为固定的5 ns相比，10参数Klobuchar模型将夜间天顶电离层时延表示为与地磁赤道对称的线性函数更为合理。在全球大陆及海洋地区，10参数Klobuchar模型的修正精度相比于GPS广播的Klobuchar提高了10~14%。在不改变当前GPS电离层播发参数个数、系数大小及更新频率的条件下，通过对夜间电离层参数的建模与预报，进一步提出了一种顾及夜间电离层变化的NKlob单频电离层时延修正方案。
(3) Galileo全球广播电离层模型-NeQuick。在系统总结NeQuick模型数学结构特点及其播发参数计算方法的基础上，基于全球23个GPS监测站数据实现了Galileo广播电离层模型播发参数的计算，为全面分析Galileo电离层模型在全球范围内修正效果奠定了基础。NeQuick模型无需投影函数即可实现不同视线方向电离层TEC的计算，本文同时提出了一种基于NeQuick的电离层投影函数误差分析方法，为电离层薄层假设及常用投影函数的进一步改进提供了新的思路。
(4) BDS全球广播电离层模型-BDSSH。针对BDSSH(BDS Spherical harmonics)模型工程化应用的具体要求，分析了不同播发参数解算策略、参数更新频率及非播发参数选择等对模型修正精度的影响，进而利用区域BDS及全球GPS观测数据全面评估了BDSSH模型的应用精度及可靠性。基于区域BDS数据的测试结果表明，BDSSH模型在中国区域的修正精度为80.2%；基于全球GPS数据的测试结果表明，BDSSH模型在全球范围内的修正精度为77.2%。基于改进球谐函数构建的BDSSH模型能够满足BDS全球系统高精度电离层时延误差修正以及“境内为主，境外为辅”的监测站布设要求，也为其他新型GNSS全球广播电离层模型的构建提供了参考。
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