Ionospheric modeling and accuracy evaluation of multi-system GNSS in high-latitude region
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摘要: 电离层延迟是影响卫星导航和定位精度的主要误差源之一，精确建立电离层模型对高精度导航定位具有重要意义. 针对高纬度区域多全球卫星导航系统(GNSS)电离层建模的研究，首先给出了GNSS多系统的电离层建模方法，然后利用高纬度区域均匀分布的11个MGEX(Multi-GNSS Experiment)测站观测数据进行电离层建模，对比分析了电离层多项式模型和球谐函数模型下GPS单系统和GNSS多系统的电离层建模精度. 结果表明：两种电离层模型解算的各系统卫星差分码偏差(DCB)估值差异较小，且绝大部分卫星DCB估值偏差都小于0.5 ns，精度较高；两种电离层模型在GNSS多系统下的系数估计精度高于GPS单系统，且电离层垂直总电子含量(VTEC)残差总体小于GPS单系统；电离层球谐函数模型GPS单系统建模精度为3.09 TECU，GNSS多系统为1.80 TECU，提高率为41.7%.
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关键词:
- 电离层建模 /
- 全球卫星导航系统(GNSS) /
- 多系统 /
- 高纬度区域 /
- 精度评估
Abstract: Ionospheric delay is one of the main error sources that affect the positioning and navigation accuracy. The accurate establishment of ionospheric model is significant for high-precision navigation and positioning. Aiming at the research of multi-GNSS ionospheric modeling in high-latitude region, the multi-GNSS ionospheric modeling method is first given, and then the ionospheric modeling is carried out by using the observation datasets of 11 MGEX stations distributed uniformly in high-latitude region. The modeling accuracy of GPS system and multi-GNSS systems is compared and analyzed under the ionospheric polynomial model and spherical harmonic model. The results show that the difference between the differential code bias (DCB) estimates of each system calculated by the two ionospheric models is small, and the deviation of most of the satellite DCB estimates is less than 0.5 ns. For both two ionospheric models, the coefficient estimation accuracy under multi-GNSS systems is better than that under single GPS system, as well as the VTEC residual is smaller than that under single GPS system. The modeling accuracy of the ionospheric harmonic model is 3.09 TECU for single system and 1.80 TECU for multi-GNSS systems, with an improvement of 41.7%.-
Key words:
- GPS ionospheric modeling /
- GNSS /
- multi-system /
- high-latitude region /
- accuracy evaluation
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表 1 电离层建模解算策略和参数设置
项目 策略 卫星系统 GPS/BDS/Galileo/GLONASS 观测频率 G: L1/L2; C: B1/B3; E: E1/E5a; R: G1/G2 卫星轨道 GFZ精密轨道产品 DCB参考值 CAS DCB产品 截止高度角 10° DCB基准 零均值约束 参数估计方法 最小二乘估计 估计参数 卫星和接收机DCB, 电离层模型参数 
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表 2 两种不同电离层模型和CODE发布的GIM产品差值统计
TECU 方案 多项式模型 球谐函数模型 偏差 RMS 偏差 RMS GPS −1.35 2.32 −0.73 3.09 G、C、E、R −1.19 2.09 −0.80 1.80
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[1] 袁运斌, 霍星亮, 张宝成. 近年来我国GNSS电离层延迟精确建模及修正研究进展[J]. 测绘学报, 2017, 46(10): 1364-1378. [2] 袁海军, 章浙涛, 何秀凤, 等. 北斗三号卫星差分码偏差稳定性分析及其对单点定位的影响[J]. 武汉大学学报 (信息科学版), 2023, 48(3): 425-432. [3] 柳景斌, 王泽民, 王海军, 等. 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[J]. 武汉大学学报 (信息科学版), 2008, 33(8): 792-795. [4] ZHANG R, SONG W W, YAO Y B, et al. Modeling regional ionospheric delay with ground-based BeiDou and GPS observations in China[J]. GPS solutions, 2015, 19(4): 649-658. DOI: 10.1007/s10291-014-0419-z [5] 刘馨蕊, 马颖异. 鞍山区域电离层模型构建及GNSS应用研究[J]. 测绘科学, 2017, 42(3): 80-85. [6] 从建锋, 刘智敏, 陈汉林. 山东区域电离层模型的建立及精度评估[J]. 测绘科学, 2020, 45(1): 48-53. [7] 王紫薇, 黄观文, 杜石, 等. 陕西省北斗三号区域电离层TEC建模与精度评估[J]. 南京信息工程大学学报(自然科学版), 2022, 14(6): 737-743. [8] 张明泽, 徐爱功, 祝会忠, 等. 基于球谐函数模型的欧洲区域电离层模型[J]. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版), 2022, 41(3): 225-233. [9] 宁新国, 安家春, 王泽民. 极区电离层TEC经验模型的建立及适用性分析[J]. 极地研究, 2014, 26(4): 405-409. [10] 蒋虎. 基于GNSS的极区电离层TEC模型应用研究[D]. 武汉: 武汉大学, 2019. [11] Yang Y, Mao Y, Sun B. Basic performance, and future developments of BeiDou global navigation satellite system[J]. Satellite navigation, 2020, 1(1): 1. DOI: 10.1186/s43020-019-0006-0 [12] 涂锐, 张勤, 黄观文, 等. 利用相位平滑伪距和最小二乘曲面函数建立西安市区域电离层延迟模型[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2011, 36(2): 218-221. [13] 刘志平, 赵自强, 郭广礼. 电离层总电子含量时空特征分析及分区建模[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2012, 37(11): 1360-1363. [14] 任晓东. 多系统GNSS电离层TEC高精度建模及差分码偏差精确估计[D]. 武汉: 武汉大学, 2017. [15] ZHOU C Y, YANG L, LI B F. et al. M_GIM: a MATLAB-based software for multi-system global and regional ionospheric modeling[J]. GPS solutions, 2023, 27(1). DOI: 10.1007/s10291-022-01370-9 -
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图(7) / 表(2)
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