电离层不规则结构的存在可引起无线电信号的幅度和相位发生随机起伏,这种电离层闪烁现象会影响全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的性能,降低定位精度,严重时导致信号失锁.电离层不规则结构对GPS性能的影响涉及电离层物理、接收机设计和表征卫星几何分布的精度衰减因子(Dilution of Positioning,DOP)等多方面因素.本文通过对表征电离层不规则结构参数的分析,根据GPS接收机跟踪环路和闪烁信号模型,综合研究了电离层闪烁对GPS接收机载波跟踪环和码跟踪环跟踪误差的影响;结合实际观测,评述了电离层不规则结构对单频和双频GPS接收机定位性能的影响,在此基础上提出了有待深入研究的问题及具体建议.
提出了一种不受高度限制的区域定位系统高程辅助三星定位算法.该算法既不依赖于先验的位置信息和定位结果,也不需要构建近似椭球方程.算法的关键是在牛顿算法迭代过程中不断更新接收机估算位置到地心的虚拟伪距.结合中国区域定位系统(Chinese Area Positioning System,CAPS)的试验验证星座开展了仿真分析,结果表明:在用户高度已知的情况下,当高度达到中轨卫星轨道高度(约12×103 km)时,该算法仍能够进行正常的定位解算.在分析高程辅助算法中精度衰减矩阵的基础上,提出了高程辅助下误差椭圆轴长和轴方向的计算公式.结合CAPS试验验证星座仿真分析表明,提出的计算公式可以准确描述误差椭圆的几何特征.
利用全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的双频观测数据反演得到电离层的总电子含量(Total Electron Content,TEC),使得广域甚至全球范围高时空分辨率的电离层观测研究成为可能,但由于GPS卫星和接收机对信号的硬件延迟可导致TEC测量系统偏差,因此,需要探索反演TEC并估测GPS卫星与接收机硬件延迟的有效算法.本文根据电离层电波传播理论,阐述了基于双频GPS观测提取电离层TEC的方法,给出TEC与硬件延迟的基本关系.综合研究了TEC与硬件延迟的反演方法,进行分析与归纳分类,在此基础上提出了有待深入研究的问题.
中国区域定位系统(Chinese Area Positioning System,CAPS)是基于通信卫星的转发式卫星导航系统,基本原理是导航信号由地面导航站上行,经通信卫星转发向地面广播,用户接收机接收导航信号和电文实现导航定位。在试验验证阶段,CAPS仅采用同步轨道通信卫星进行信号的转发和广播,用户接收机利用气压测高技术实现高程辅助下的定位解算。为了描述CAPS水平定位误差的分布,作者定义了高程辅助算法下的东精度衰减因子(Dilutionof Precision East,EDOP)和北精度衰减因子(Dilution of Precision North,NDOP)。根据CAPS星座分布,分析系统覆盖范围内高程辅助下EDOP和NDOP数值,结果表明CAPS的EDOP和NDOP是关于赤道南北对称,关于同步轨道通信卫星的平均经度子午圈对称。在平均经度子午圈附近,EDOP出现最小值;在同一纬度圈上,离平均子午圈越远,EDOP数值越大。在CAPS覆盖区域内,任一格点上的NDOP总是大于EDOP,当用户由低纬度地区向高纬度地区移动时,在站心坐标系内卫星在南北方向拉开的距离增大,NDOP变小。利用北京、上海、长春、西安、乌鲁木齐和昆明6个CAPS测站进行仿真分析,结果表明本文提出的EDOP和NDOP可用于估算星座空间布局对用户伪距测量误差的放大程度,并可以解释CAPS接收机在高程辅助下水平定位精度东西方向总是优于南北方向的现象。进一步的实测数据分析表明,EDOP和NDOP可以用来估算南北方向和东西方向的定位精度。
