中国地质大学本科生课程论文封面
课程名称：全球定位系统原理及应用班级：
姓名：xxxx
学号：
专业：地理信息科学
日期: 2015 年1 月19日
评语
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基于GPS的电离层研究
摘要
本文主要介绍了电离层的基本特性，阐述了利用GPS观测量计算电离层TEC的三种方法的基本原理：包括码观测解算电离层TEC的基本原理，载波相位观测电离层TEC的基本原理以及码观测和载波相位观测联合解算电离层TEC的基本原理。最后简单的介绍了基于基于GPS的三维电离层层析技术。电离层层析成像技术是计算机层析成像技术在电离层监测中的一种新的应用。该技术通过对电离层进行分层研究，不仅克服了薄层假设电离层层析模型的局限性，也克服了经验模型与传统地面探测手段的局限性，特别适合于监测大尺度电离层电子密度垂直分布及其扰动状态。
关键词：GPS 电离层 TEC
目录
第一章引言 (1)
第二章电离层的基本特性 (2)
§2.1 电离层结构 (2)
§2.2 电离层骚扰 (2)
第三章计算TEC的基本理论 (3)
§3.1 TEC简介 (3)
§3.2 GPS观测量及观测方程 (3)
3.2.1 伪距及码观测方程 (3)
3.2.2 载波相位及其观测方程 (4)
§3.3 码观测解算电离层TEC的基本原理 (4)
§3.4 载波相位观测解算电离层TEC的基本原理 (5)
§3.5GPS码与相位观测联合解算电离层TEC (6)
3.5.1 前因 (6)
3.5.2 基本原理 (6)
第四章基于GPS的三维电离层层析技术 (9)
总结 (11)
参考文献 (12)
第一章引言
电离层（Ionosphere）是地球大气的一个电离区域。电离层（ionosphere）是受太阳高能辐射以及宇宙线的激励而电离的大气高层。60千米以上的整个地球大气层都处于部分电离或完全电离的状态，电离层是部分电离的大气区域，完全电离的大气区域称磁层。也有人把整个电离的大气称为电离层，这样就把磁层看作电离层的一部分。除地球外，金星、火星和木星都有电离层。电离层从离地面约50公里开始一直伸展到约1000公里高度的地球高层大气空域，其中存在相当多的自由电子和离子，能使无线电波改变传播速度，发生折射、反射和散射，产生极化面的旋转并受到不同程度的吸收[1]。
人类对电离层的研究历史已经持续了一个多世纪，随着科技的不断进步，电离层探测技术与方法不断的发展。电离层形态监测有助于加深认识电离层活动规律及其变化机制。长期以来，人们对电离层形态的监测与研究主要借助于电离层测高仪，雷达以及探空火箭等观测手段，并以电离层峰值电子密度（NmF2)，峰值高度（hmF2）以及临界频率为研究对象。近二十年来，以美国全球定位系统（GPS）为代表的全球导航卫星系统（GNSS）观测技术的兴起以及全球分布的GNSS跟踪站连续观测的海量数据的累积，使得利用GNSS监测电离层时空变化规律成为可能。电离层层析成像技术是计算机层析成像技术在电离层监测中的一种新的应用[2]。该技术通过对电离层进行分层研究，不仅克服了薄层假设电离层层析模型的局限性，也克服了经验模型与传统地面探测手段的局限性，特别适合于监测大尺度电离层电子密度垂直分布及其扰动状态。近十多年来，基于GPS的电离层层析技术逐渐发展起来。借助于GPS的巨大优势，基于GPS的电离层层析技术可以实现三维甚至四维电离层结构的重构，从而克服了二维电离层层析模型的局限性，并逐渐形成了一种新的电离层监测手段，在电离层形态与扰动监测研究方面具有重大的科学意义和应用价值，是目前大地测量，空间物理与无线电科学等领域中的一个研究热点和重点。
第二章电离层的基本特性
§2.1 电离层结构
电离层结构可用电离层特性参量电子密度、离子密度、电子温度、离子温度等的空间分布来表征[3]。但其研究主要是电子密度随高度的分布.电子密度（或称电子浓度）是指单位体积的自由电子数.电子密度随高度的变化与各高度上大气成分、大气密度以及太阳辐射通量等因素有关。
电离层在垂直方向上呈分层结构,一般划分为D层、 E 层和F层,F层又分为F1 层和F2层.最大电子密度约为106厘米-3,大约位于300千米高度附近.除正规层次外,电离层区域还存在不均匀结构,如偶发E层（Es）和扩展F.偶发E层较常见,是出现于E层区域的不均匀结构.厚度从几百米至一二千米,水平延伸一般为0.10千米,高度大约在110千米处,最大电子密度可达106厘米-3.扩展F是一种出现于F层的不均匀结构,在赤道地区,常沿地磁方向延伸,分布于250～1000千米或更高的电离层区域.电离层分层结构只是电离层状态的理想描述,实际上电离层总是随纬度、经度呈现复杂的空间变化,并且具有昼夜、季节、年、太阳黑子周等变化.由于电离层各层的化学结构、热结构不同,各层的形态变化也不尽相同。
§2.2 电离层骚扰
太阳扰动以及其他原因导致对电离层正常状态的显著偏离[4]。太阳扰动引起的电离层骚扰主要有电离层突然骚扰、电离层暴、极盖吸收、极光带吸收等.人为因素如核爆炸、大功率发射机对电离层加热也能引起电离层骚扰.电离层骚扰对无线电波传播会产生严重影响.
①电离层突然骚扰.太阳色球在耀斑爆发期间发出强烈的紫外线和Χ射线辐射 ,使 D 层的电子密度突然增大 ,对通讯造成严重影响,甚至中断.突然骚扰持续时间一般为几分钟至几小时.②电离层暴.F2层状态的异常变化.③极盖吸收.在强烈的太阳耀斑爆发时,由太阳喷射出来的高能质子流沿地磁力线沉降到极盖区上空,使 D 层的电离急剧增大,以至通过该区的无线电波被强烈吸收,常造成无线电通讯中断.④极光带吸收.来自太阳扰动区的高能电子和质子沉降到极区上空,使极光带低电离层的电离增强,以至通过该区域的电磁波被强烈吸收.极光带吸收甚至使电波讯号中断。
第三章 计算TEC 的基本理论
§3.1 TEC 简介
电离层电子浓度总含量(TEC)又称电离层电子浓度柱含量、积分含量等，是一个非常重要的电离层参量，对电离层物理的理论研究及电离层电波传播的应用研究均具有十分重要的意义。理论上，TEC 的空间分布及时间变化，反映了电离层的主要特性，因此通过探测与分析电离层TEC 参量，可以研究电离层不同时空尺度的分布与变化特性，如电离层扰动，
电离层的周日、逐日变化，电离层年度变化，以及电离层的长期变化等[5]。应用中，电离层
的TEC 与穿透电离层传播的无线电波时间延迟与相位延迟密切相关，因此可用于在卫星定位、导航等空间应用工程中的电波传播修正。
电离层TEC 探测手段以卫星信标测量为主，如微分多普勒方法、法拉第旋转方法等。随着全球定位系统（GPS ）的使用，采用GPS 双频信标的测量获取电离层TEC 参量成为当前最为重要的和广泛采用的方法。利用局域与全球的GPS 台网观测，通过实时处理与传输，并采用不同的TEC mapping 方法，可以进行大范围电离层TEC 的现报，这在当前空间天气
研究中具有特别意义[3]。
§3.2 GPS 观测量及观测方程
3.2.1 伪距及码观测方程 伪距是GPS 接收机产生的伪随机信号与卫星发射的信号偏移的时间量乘以光速。当接收机钟与卫星钟完全同步时，测定的就是信号传播的时间延迟量。因信号传播受到多种误差源的影响，所测得的距离是一种包含多种误差的观测值，故称为伪距[3]。伪距精度一般为码元宽带的1%，故对于C/A 码，精度约为2.9m ，对于P 码，精度约为0.29m 。 码的观测方程：
k k a R T k
R k q k q R T k R T k R T j
i k B M B B T I r t c P εδδδδρ+++++++++=,,,T ,,,T R ,r )-r c()t -(（1式）
P 为码伪距观测值；T ，R 分别代表卫星和接收机；下标k=1,2表示两个不同的载频L1和L2；ρ为信号发射时刻卫星至接收时刻的接收机天线的几何距离，称为站星距；c 为真空中的光速；δrR 为接收机相对论效应；I 为电离层折射误差；Tr 为对流层折射误差；Bq 为卫星和接收机的仪器偏差；M 为码观测中的多路径效应；Ba 接收机天线相位中心偏差；ε为码量测噪声。
设卫星在信号发射时刻s t 的坐标为),,(r s
t s t s t s t s s s s Z Y X =，接收机天线在信号接收时刻的
坐标为)Z ,,(r r t r r t r t s t r r s Y X =，于是站星距ρ可记为： =ρ||r t s t r
s r -r || =）（）（）（r
t s t r t s r t s t r t s r t s t r t s r s r s r s r s r s r s Z Z Z Z Y Y Y Y X X X -?-+-?-+-?-)()()(X t t t (2式) 3.2.2 载波相位及其观测方程
载波相位观测值是GPS 接收机接收到的，具有多普勒频移的载波信号与接收机本身产
生的参考载波信号之间的相位差[3]。
在基于GPS 的三维电离层层析中，必须应用高精度载波相位观测和码观测联合解算电离层TEC 。载波相位观测文件中提供的是卫星信号的相位与接收机本机振荡相位之差，即载波拍频相位。通常，载波相位观测方程记为：
k R T k
R k q T k q R T R T k R T R t T k k R T k e m b b Tr r r c t t c N t +++++I --+-++=,,,,,,k )()()(δδδδλρφλ（10式）
式中：λk 为相应载波波长；Nk 为对应频率fk 的相位观测常数，下标k=1,2,表示载波相位L1和L2；bq 为卫星和接收机的仪器偏差；m 为多路径效应对相位观测的影响；e 为相位观测值的噪声；其他符号的含义与1式相同。
§3.3 码观测解算电离层TEC 的基本原理
由上文中的码的观测方程1式和p p n c /v =（相速度）给出的观测量，在忽略上标i,j 的前提下，通过频率间求差，可得：
2,1212,1,2,1,121)()()()1(εγ+-+-+-+I -=-M M B B B B P P R q R q T q T q （3式）
2
,1212,1.2,1,221112211)()()()(-1--e m m b b b b N N R q R q T q T q +-+-+-+-+I =λλγφλφλ）（（4式） 在3式和4式中，ε1,2为两个频率上码测量的噪声之差；e1,2为两个频率上载波相位测
量之差。假如用T B 和R B 分别表示码观测中卫星和接收机的差分仪器偏差，及
)(),(B 2,1,2,1,R q R q R T q T q T B B B B B -=-=，用R T b b 和分别表示L1和L2两个载波相位上的卫
星和接收机的差分仪器偏差，即)(),(b 2,1,2,1,R q R q R T q T q T b b b b b -=-=，则3式和4式可分别
表示为：
2,121R T 1
21M -M B B -1P -P εγ++++I =）（）（ （5式） 2,121221112211)(b N -N -1--e m m b R T +-++++I =）（）（λλγφλφλ （6式）
在GPS 码观测中，多路径效应对观测量的影响通常与卫星观测的截止高度角有关。在实际的电离层TEC 计算中，为了减少多路径效应的影响，通常选取一个合适的截止高度角。对于双频GPS 观测来说，L1频率上的电离层延迟量可以表示为： TEC 2
11f 3.40=I （7式） 将7式代入5式和6式中，可得到电离层TEC 的表达式如下： ])[()
(3.40TEC 2121222221p R T B B P P f f f f ----= （8式） ])[()
(3.40TEC R 1222212221p B B P P f f f f T ++--=? （9式）
§3.4 载波相位观测解算电离层TEC 的基本原理
利用GPS 载波相位测量值也可以推导出电离层TEC ，其形式如下：
上式中，λ1Φ1=L1，λ2Φ2=L2，于是，11式可以表示为：
上式中，L1-L2即为L4组合，TEC Φ表示由该组合导出的电离层TEC 。
由载波相位测量的L4组合虽然可以求得GPS 卫星信号传播路径上的电离层TEC,但由于其中含有未知的相位初值，因此，利用载波相位测量的L4组合只能获得电离层TEC 的相对变化。通常，根据载波相位L4组合求得的电离层TEC 称为相对TEC 。对应的，根据码观测形成的P4组合得到的电离层TEC 称为绝对TEC 。然而，根据码观测的P4组合得到的绝对TEC 的精度通常不是很高，即使使用精码（P 码或Y 码），其TEC 的测量精度一般也只能达到3
16/el 10m 的量级，即1TECU （TECU 为电离层总电子含量的常用单位）。
§3.5 GPS 码与相位观测联合解算电离层TEC
3.5.1 前因
由以上的分析可得，由载波相位观测量的L4组合得到的电离层TEC 的相对精度很高，但其只能反应电离层TEC 的相对变化情况；而用码观测的P4组合虽然能得到电离层的绝对值，但它的精度较低。所以我们需要第三种方法，才能得到高精度的绝对TEC 。考虑到由载波相位观测量的L4组合和用码观测的P4组合这两种组合计算电离层TEC 的特点以及两者时间变化趋势的一致性，如果将两种方法联合起来解算电离层TEC ，那么理论上，能够得到高精度的
TEC 。
3.5.2 基本原理
对于观测历元t ，载波相位得到的t ，ΦTEC 与码观测得到的t P TEC ，之间应该有一个差值，该差值可表示为：
t t P TEC ,,-T EC T EC φ=?
])()()()()[(TEC 221121120t R
T t t t R T t b b N N L L B B P P ++-+--++-=?λλα（14式） 理论上，ΔTEC 为一常量。如果GPS 相位观测中没有周跳发生或对周跳进行了精确的校正
后，对每一卫星和接收机时，只要其观测值可以利用，在每个历元上都可以得到一个ΔTEC ，将ΔTEC 对时间进行平滑处理，则可以得到一个精度更高的Δ
TEC 数据。在观测历元N ，ΔTEC 递归计算公式可以表示为：
N TEC ?+=ΦN N TEC TEC ， （16式）
将13式代入15式可得
（17式）
如果GPS 的相位观测中存在周跳现象，在修复了周跳以后，17式中最后一项中的模糊度N1和N2均为常量，顾及卫星和接收机的仪器偏差在一天之内也可以视作常量，则上市可变化为：
（18式）
综合18式和16式可得：
上式中，P1和P2为每个历元的码观测；L1和L2为每个历元的相位观测；α0=9.52×16
10，
R
T B
B和为GPS码观测中卫星和接收机的差分仪器偏差。由大量数据进行处理后可以得到结论：在不出现硬件变更的情况下，接收机与卫星发射器仪器偏差的日变化较为稳定，在连续两天中，接收机的仪器偏差变化在1ns以内，卫星仪器偏差的变化在0.5ns以内，因此，19式可以转换为：
根据上式，求出仪器偏差后，利用码和相位观测的联合即可求出高精度的绝对TEC。
第四章 基于GPS 的三维电离层层析技术
如前所述，电离层斜距TEC 为电离层电子密度沿信号传播路径的线积分，一般表示为： TEC=ds t r N e ),(t ? （21式） 上式中，Ne 为GPS 卫星与接收机间信号传播路径上电离层电子密度；r 是由经度，纬度和高度组成的位置向量；l 为GPS 卫星与接收机之间的卫星信号传播路径。基于GPS 的电离层层析问题就是根据反演区域内一系列卫星信号传播路径上的TEC 信息反演该区域内电离层电子密度的时空分布。由于GPS 卫星传输的是高频信号，因此，在电离层CT 系统中，GPS 卫星信号的传播路径可以近似的看作直线[3]。
由21式可以看出，电离层电子密度与电离层TEC 之间是非线性的。在实际反演过程中，为了反演的方便，通常利用离散反演方法将待反演的电离层空间离散化，为此，事先需要选取合适的基函数bj,模型化待反演的电离层电子密度，于是有 ∑=≈j
j j
j e r b t x t r 1)()(),(N （22式） 上式中，i x (j=1,2,3....J)代表基函数的系数，J 表示所选择的基函数的数量，其大小与反演区域内的像素总素相等。对每一条射线路径的电离层TEC 测量值，将22式代入21式，可得：
∑=?=J j j j l ds r b t x t 1i )()()(T EC =∑?=J
1)()(j j l j ds r b t x （i=1,2,...,m ）(23式)
其中，m 代表电离层斜距TEC 观测值总数或GPS 射线路径总数。假如以Aij 代表23式中的积分项，则有：
ds r b j l )(*A ij ?= （24式）
考虑到GPS 测量中噪声的影响，将24式代入23式，则每条GPS 信号传播路径上夫人电离层TEC 测量数据可以表达为：
∑=+=J
j i j ij i x A 1T EC ε （25式） 上式中，εi 为第i 条GPS 射线传播路径上的观测噪声。
为了简化计算，本文采用像素指标函数作为基函数，即：
ij s A ij ?= （27式）
上式中，ij s ?表示第i 条GPS 射线在第j 个像素内的截距。当GPS 射线穿过该像素时，Aij =ij s ?≠0,反之，当像素内没有任何GPS 射线穿过时，Aij=ij s ?=0。
将25式以矩阵的形式表示，则可得：
111y ????+=m J J m m e x A （28式）
式中，y 为m 条GPS 信号传播途径上电离层斜距TEC 观测值所构成的列向量；A 为GPS 射线在对应像素内的截距构成的m ×J 维向量，e 为m 条GPS 射线上的观测噪声和离散误差组成的m 维列向量。
总结
本文主要介绍了电离层的基本特性，阐述了利用GPS观测量计算电离层TEC的三种方法的基本原理：包括码观测解算电离层TEC的基本原理，载波相位观测电离层TEC的基本原理以及码观测和载波相位观测联合解算电离层TEC的基本原理。最后简单的介绍了基于基于GPS的三维电离层层析技术。
利用双频GPS测量电离层TEC是当前最为重要的和广泛采用的方法。而近十多年来，基于GPS的电离层层析技术也逐渐发展起来。借助于GPS的巨大优势，基于GPS的电离层层析技术可以实现三维甚至四维电离层结构的重构，从而克服了二维电离层层析模型的局限性，并逐渐形成了一种新的电离层监测手段，在电离层形态与扰动监测研究方面具有重大的科学意义和应用价值，是目前大地测量，空间物理与无线电科学等领域中的一个研究热点和重点。
本文主要参照了《基于GNSS的电离层层析算法及其应用》一书和其他文献，由于作者知识的浅薄与能力的欠缺，本文只是对有关文献资料做了一个初步的整理，总结与归纳，存在很多不足之处。
参考文献
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卫星定位系统简介
卫星定位系统简介 卫星定位系统即全球定位系统（Global Positioning System）。简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。 全球定位系统（GPS）是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。 一、常用术语 1.坐标（Coordinate)有二维和三维两种表示。 2.路标（Landmark or waypoint)
GPS内存的一个坐标值. 3.路线（Route) 路线是GPS内存中存储的一组数据，包括一个起点和一个终点的坐标，还可以包括若干中间点的坐标，每两个坐标之间的线段叫一条腿。 4.前进方向（Heading) GPS没有指北针的功能，静止不动时是不知道方向的。 5.导向（Bearing） 6.日出日落时间(Sun set/raise time) 7.足迹线(Plot trail) 二、构成 由三部分构成：地面控制部分(由主控站、地面天线、监测站和通讯辅助系统组成)、空间部分(由24颗卫星组成,分布在6个道平面上)、用户装置部分(主要由GPS接收机和卫星天线组成)。 1.空间部分 GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成，它位于距地表20 200km的上空，均匀分布在6 个轨道面上（每个轨道面4 颗），轨道倾角为55°。此外，还有4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS 卫星产生两组电码，一组称为C/ A 码（ Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ；一组称为P 码（Procise Code 10123MHz),P 码因频率较高，不易受干扰，定位精度高，因此受美国军方管制，并设有密码，一般民间无法解读，主要为美国军方服务。C/ A 码人为采取措施而刻意降低精度后，主要开放给民间使用。
ⅢⅢ川¨卅‘?ｔ¨＋Ⅲ…＊＊?¨蝌．”“；一一悱＊一坤?，”ｍ诤．¨?ｔ第四届全国虚舣现实与可视化学未台议论文集固 星座中卫星的数目和各卫星的ＩＤ、类型、工作状态、轨道根数及对应的历元时间。 空间３Ｄ显示部分采用ＳＧＩ公司开发的通用图形库ＯｐｅｎＧＬ实现，ＯｐｅｎＧＬ不涉及具体的窗口函数，具有很好的平台移植性，各种操作的效率很高，显示流畅。 系统的实现结果如图２～５所示。 图２导航仿真服务器图３ＧＰＳ．ＣＯｎ星座文件的空间显示结果图５．１为导航仿真服务器，图５．２和５．３是分别接收导航仿真服务器生成的卫星星历，然后进行可视化显示的结果。其中图５．１是对ＧＰＳ卫星进行仿真的结果，图５．２是利用星座设计功能设计的一个新的星座，其中：红色轨道上的卫星为极轨卫星，绿色轨道上的卫星为中等圆形轨道，蓝色轨道上的卫星为地球同步轨道卫星。图５．４为用户定位仿真子系统的运行结果，图中５．４种采用的是地图视图。它是在地图上显示定位的结果；另外还可以显示统计视图，统计视图主要显示对定位的误差进行分析结果。在该部分，可以很方便地对是否考虑各种误差改正进行控制。除此之外，还可以对用于定位的卫星高度截止角进行设置，一般来说，卫星的高度截止交设为５。，对于ＧＰＳ系统来说，总可以接受到４～９颗卫星的信号。 图４ＳｃｎｄＮａｖＣＯｎ星座文件的空间显示结果圈５用户定位仿真予系统的运行结果 ６结论 卫星导航系统的仿真是一件非常有意义的工作，它不仅可以为新的卫星导航系统的建立提供辅助设计，同时可以为在卫星导航系统建成以后的研究提供多方面的支持。但同时要看到，卫星导航系统的仿真是一个极其复杂的课题，主要是建模的工作量大、计算复杂，同时实现的工作量也很大，在后续的工作中必须进一步地研究和探讨。 参考文献 向开恒，肖业伦卫星星座的系统仿真研究．北京航空航天大学学报，１９９９ｔ２５（６） 刘俊，张思东张宏科ＧＰＳ系统建模与仿真技术研究．系统仿真学报，２００１ｔ１３（３） 袁建平，罗建军，岳晓奎，方群卫星导航原理与应用中国宇航出版社．２００３ 郗晓宁，王威等近地航天器轨道基础国防科技大学出版社 周忠谟，易杰军编ＧＰＳ卫星测量原理与应用测绘出版社 葛茂荣，过静君．葛胜杰ＧＬＯＮＡＳＳ卫星坐标的计算方法测绘通报ｔ９９９（２） 王海丽，陈磊，任萱．卫星星座全球连续覆盖的仿真分析与优化中国空间科学技术ｔ２００１，（Ｉ）
GPS电离层延迟改正模型 摘要:介绍目前常用的几种电离层延迟改正模型，主要包括Bent模型、国际参考电离层模型IRI、NeQuick模型、Klobuchar模型几种经验模型，并着重介绍了利用双频实测数据建立区域性电离层模型的方法。 关键词电离层，电离层延迟，电离层模型 Abstract: this paper introduces several kinds of currently used fur ionospheric delay correction model, mainly including Bent model, international reference the ionosphere model IRI, NeQuick model, Klobuchar model several experience model, and introduces mainly the measured data of the experiments to construct a regional ionosphere model method. Key words the ionosphere, the ionosphere delay, the ionosphere model 因电离层的变化错综复杂，我们现在无法完全清楚它对GPS观测的影响机理，但它不是没有规律可循的，根据我们已掌握的电离层特性，我们可以建立有效的电离层延迟改正模型。现有的电离层延迟改正模型主要有经验模型Bent 模型、IRI模型、NeQuick模型、Klobuchar模型及根据某一时期某一时段的实测数据建立起来的模型。本文将对经验模型做扼要的介绍，并着重对实测模型进行介绍和探讨。 一、经验模型 （一）、Bent模型 Bent模型是一种适合用于全球范围的经验模型，它能预算出电离层电子密度及电磁波因摩擦产生的延迟和方向变化。该模型计算电子密度随高度的变化并由此获得电磁波的传播距离，距离变化率和角的摩擦修正及总电子量。该模型的输入参数为日期、时间、测站的粗略位置、太阳辐射流量及太阳黑子数等。 （二）、国际参考电离层模型 1978年国际无线电科学联盟和空间研究委员会建立并公布了一个电离层经验模型——国际参考电离层模型（IRI1978）。该模型给出了1000km以下的电离
武汉大学 硕士学位论文 Galileo卫星导航定位系统及其应用研究 姓名：柳景斌 申请学位级别：硕士 专业：大地测量学与测量工程 指导教师：王泽民;程鹏飞 20040402
伽利略（Ｇａｌｉｌｅｏ）计划是由欧洲空间局和欧洲联盟共同发起的一项空间信息基础设施建设计划。旨在建设一个全球卫星导航定位系统（ＧＮｓｓ）一Ｇａｌｉｌｅｏ系统。本文首先系统介绍了目前的几种卫星导航定位系统，分析了它们各自的优缺点以及Ｇａｌｉｌｅｏ系统建设的必要性，详细介绍了Ｇａｌｉｌｅｏ系统的星座参数设计、。频率设计、地面控制设施的配置、Ｇａｌｉｌｅｏ系统提供的服务以及系统建设的现状等。 本文以自行编制的“卫星导航定位仿真演示系统”为基础，分析了地面监测站对Ｇａｌｉｌｅｏ卫星定轨和钟差确定的影响以及在我国境内布设若干个Ｇａｌｉｌｅｏ地面核心监测站的必要性、可行性，并给出了在我国布设Ｇａｌｉｌｅｏ地面核心监测站的数量和分布的具体建议。 本文还进行了与Ｇａｌｉｌｅｏ／ＧＮＳＳ的应用相关的一些基础研究。首先系统地介绍了评价卫星星座对绝对定位精度影响的理论及方法，定义了各类ＤＯＰ值以定量描述卫星几何图形强度因子，以各类ＤＯＰ值作为主要评价指标，分析了卫星星座设计对导航定位精度的影响，并与ＧＰＳ系统比较，证明了Ｇａｌｉｌｅｏ系统的星座设计的先进性。利用Ｇａｌｉｌｅｏ系统的四个载波观测值，可以形成诸多有良好特性的组合观测值，本文对用Ｇａｌｉｌｅｏ系统的相位组合观测值进行导航定位应用的模型进行了初步研究，介绍了四个频率进行组合的一般理论，在保持组合观测值模糊度的整周特性的前提下，得到了两组具有良好特性且有实用价值的组合观测值。 关键词：伽利略系统；全球卫星导航定位系统：ＧＰＳ；组合观测值：误差分析：地面监测站；几何图形强度因子
简述:卫星定位系统原理及各国发展的历史 1、子午卫星导航系统（NNSS） 该系统又称多普勒卫星定位系统，它是58年底由美国海军武器实验室开始研制,于6 4年建成的“海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite System）。这是人类历史上诞生的第一代卫星导航系统。 1957年10月前苏联成功发射了第一颗人造卫星后，美国霍普金斯大学应用物理实验室的吉尔博士和魏分巴哈博士对卫星遥测信号的多普勒频移产生了浓厚的兴趣。经研究他们认为：利用卫星遥测信号的多普勒效应可对卫星精确定轨；而该实验室的克什纳博士和麦克卢尔博士则认为已知卫星轨道，利用卫星信号的多普勒效应可确定观测点的位置。霍普金斯大学应用物理实验室研究人员的工作，为多普勒卫星定位系统的诞生奠定了坚实的基础。而当时美国海军正在寻求一种可以对北极星潜艇中的惯性导航系统进行间断精确修正方法，于是美国军方便积极资助霍普金斯大学应用物理实验室开展进一步的深入研究。1958年12月在克什纳博士的领导下开展了三项研究工作：①研制卫星；②建立地球重力场模型以便卫星的精确定轨和准确预报卫星的空间位置；③研制多普勒接收机。经过众人的努力子午卫星导航系统于1964年1月正式建成并投入军方使用，直至1967年7月该系统才由军方解密供民间使用。此后用户数量迅速增长，最多达9.5万户，而军方用户最多时只有650个，不足总数的1%，可见因生产的需要民间用户远远大于军方。 1.1 子午卫星导航系统的组成 （1）卫星星座：子午卫星星座，由六颗独立轨道的极轨卫星组成。 在设计上要求卫星的轨道的偏心率为零，轨道倾角i =90°；卫星运行周期为T=107 m；卫星高度约为H=1075km；按理论上的设计，六颗卫星应当均匀分布在相互间隔为3 0度轨道平面上。但由于早期卫星入轨精度不高，各卫星周期、倾角、偏心率都存在不同程度的误差，故各卫星轨道进动的大小和方向也都不尽相同，这样经过一段时间后各卫星轨道间的间距就变得疏密不一。因而地面可观测卫星的时间分布就变得更加没有规律，中纬度地区的用户平均1.5小时左右可以观测到一颗卫星，有时在高纬上空可出现多颗卫星造成信号的互相干扰（此时必须将信噪比差的卫星关闭避免干扰）；但在低纬度地区最不利时要等待10小时才能观测到卫星。
! 月 广义三角级数函数电离层延迟模型" 袁运斌!欧吉坤 中国科学院测量与地球物理研究所!动力大地测量学重点实验室!武汉!"##$$ !% ##!’#@’($收稿!%##&’#(’#)收修改稿!"国家自然科学基金" 批准号#!#%#!##($+中国科学院知识创新工程领域前沿项目"批准号##"#(>&$和山东省基础地理信息与数字化技术重点实验室开放研究基金"A C %##"’&$资助,’-./0#^^6Y V 7!.7;G 5=G /Y Y 5.;5;3摘要!!研究一种参数可调的广义三角级数函数a J A ]$Y 939B .0/_9:8B /Y 34-98B /;79B /97b 23;8/43%电离层延迟模型5分析a J A ]模型在电离层研究特别是为单频用户提供延迟改正应用方面的特点5初步结果显示!较参数固定的三角级数函数J A ]$8B /Y 34-98B /;79B /97b 23;8/43%模型和目前广泛应用的多项式模型K H L g $V 40^34-/.0-4:90%模型!a J A ]模型能够更好的描述电离层J ,*变化特性!可望进一步提高基于a K A 的局部电离层延迟信息的确定精度5 关键词!!全球卫星定位系统#=8+$!广义三角级数函数#=,+U $!电离层延迟!电子总含量#,O I $!!基于a K A 计算全球和区域性的电离层延迟的精度!很大程度上取决于局部电离层延迟信息的确定 精度%(&( !’%许多科学研究工作和单频无线电定位用 户要求使用高精度的电离层延迟信息%这实质上! 就是要求精确提取局部电离层延迟信息%((&(!’ %实现 这一要求的最关键的因素是电离层延迟模型的合理选择%目前广泛应用的局部电离层模型!是多项式 模型K H L g "V 40^ 34-/.0-4:90$%(&&(>’%但K H L g 模型!一般只能在数小时的拟合过程中达到较好的精度%a 94B Y /.:427%(@’ 利用三角级数函数J A ]"8B /Y ’434-98B /;79B /97b 23;8/43 $进一步提高了局部电离层延迟周日变化特性的模拟能力%由于J A ]模型参数固定而且建立在地理参考系上!所以不能很好地反映局部电离层延迟的特性!也限制了电离层延迟的计算精度%为此!本文将其扩展为地磁参考系下+能够有效模拟长测段电离层延迟的参数可调的广义形式%利用多天实测a K A 数据比较了广义三角级数函数a J A ]"Y 939B .0/_9:8B /Y 34-98B /;79B /97b 23;’8/43$模型+J A ]和K H L g 模型的电离层延迟的拟合精度!分析了利用a J A ]模型和a K A 数据精确求定电离层延迟信息的特点!得出一些有益的 结论% ’!=,+U 电离层延迟模型 有效描述电离层J ,*的周日变化特性是构建高精度垂直电离层延迟改正模型的关键问题5基于a K A 拟合垂直电离层J ,*时!为充分顾及电离层J ,*的周日变化特性!通常利用以a K A 日为测段的高精度双频a K A 数据"如P a A 等基准站的数据$精确求定相关的电离层延迟信息5电离层J ,*的周日变化规律与季节+地理纬度+太阳与地磁活动等因素关系密切5不同时空区域的电离层周日变化特性!难以利用数学模型进行精确的统一表示!给建立普遍适用的局部电离层模型造成极大的困难5然而对a K A 用户较为集中的中纬度地区而言!单站或局部区域天顶方向电离层J ,*周日变化特点!通常可近似地描述为#白天随地方时=呈近似余弦的变化!一般在=W (!G 时达到最大(晚上变化平稳且相对较小!随地方时=变化不明显5若记为2-电离层对下点A P K 的地磁纬度!=7/V 为A P K 地方时!>W %3"=7/V E (!$-G !G W %!G !根据d J ,*值时空变化特点!将d J ,*的周日变化视为以下几部分影响的合成#&(# 与地方时和纬度以& (#(
文章编号:0494-0911(2004)06-0005-04 中图分类号:P228.4 文献标识码:B GPS 电离层延迟Klobuchar 模型与双频数据 解算值的比较与分析 余 明1,郭际明2,过静王君3 (1.福建工程学院,福建福州350007; 2.武汉大学测绘学院,湖北武汉430079; 3.清华大学,北京100084) Ionospheric Delay Values from Klobuchar Model and Dual Frequency Measurements:Comparison and Analysis YU M ing,GU O J-i ming ,GU O Jing -jun 摘要:电离层延迟是影响GPS 绝对定位的最主要因素,但由于电离层本身的不稳定性,加上目前对其物理特性的了解还有一定的 模糊性,还只能采用精度有限的经验模型对其进行描述。对于GPS 实时绝对定位,GPS 系统的广播星历提供了Klobuchar 模型的8个系数,可以用于单频接收机的电离层延迟改正;对于双频接收机,可以利用L 1,L 2,C 1,P 2进行计算得到电离层延迟值,但应考虑到卫星发射信号时产生的两频率间的硬件延迟T GD 的影响。本文采用双频伪距求得电离层延迟值,用广播星历中各颗卫星的T GD 参数进行改正,再根据L 1和L 2双频相位值求得的历元间的电离层延迟的变化采用Hatch 类滤波递推模型对其进行平滑,从而求得较准确的对应于各个历元的电离层延迟值,将其作为真值与Klobuchar 模型计算值进行比较,从而研究Klobuchar 模型的精度和特点,并与IGS 的后处理Klobuchar 模型系数求得的电离层结果进行对比分析。对双频数据计算电离层延迟的算法进行详细研究,给出Klobuchar 模型的具体计算过程,用位于武汉、北京和上海的IGS 跟踪站的观测数据进行实际验证和算例分析,最后给出结论。 关键词:GPS 电离层延迟;Hatch 类滤波递推模型;Klobuchar 模型;T G D 参数 收稿日期:2003-01-18;修回日期:2003-12-10 作者简介:余 明(1966-),男,福建福州人,副教授,主要从事3S 方面的应用和研究工作。 一、引 言 GPS 绝对定位受卫星星历、电离层和对流层延迟、多路径及钟差等系统误差的影响,在取消SA 后,电离层延迟是影响GPS 绝对定位的主要因素。 GPS 领域的许多专家和研究机构对电离层进行了深入研究,Klobuchar 提出的电离层模型得到广泛应用,并被GPS 系统的广播星历所采用,IGS 利用分布在全球的大量永久性GPS 跟踪站数据进行后处理获得Klobuchar 模型系数。本文主要研究双频观测值求解电离层延迟值的算法和Klobuchar 模型的特性,以双频观测值求得电离层延迟作为真值,进一步分析Klobuchar 模型求得的电离层延迟值的精度。 二、顾及T GD 的GPS 双频观测值求解电 离层延迟 电离层是位于地表上方40~1000km 的介质层,该层中的自由电子含量对穿过其中的GPS 信号产生影响,使载波相位超前而伪距滞后,其表达式为 I i = 40.3TEC f 2 i =A f 2i (1) 式中,I i 是延迟值,TEC 是总电子含量,f i 是信号频率,i =1,2对应于L 1和L 2。 T GD 为卫星发射L 1和L 2信号时产生的时间延迟参数,各个卫星有不同的参数值[2] ,其值可从卫 星广播星历获得,其表达式为 T GD = 1 1-C (t L 1 -t L 2)(2) 式中,t L 1和t L 2是卫星发射L 1和L 2信号的GPS 时刻,C =(f 1/f 2)2。 根据文献[3],顾及到T GD 的影响,可写出伪距的表达式为 P 1=Q +c(D t u -D t s +T GD )+I 1+T +E 1P 2=Q +c(D t u -D t s +C T GD )+I 2+T +E 2 (3) 式中,P 为伪距观测值,Q 为接收机至卫星的几何距离,c 为光速,D t u 为接收机钟差,D t s 为卫星钟差,T 为对流层延迟,E 为观测噪声。 由式(1)和式(3)可导出顾及T GD 利用双频伪
卫星导航定位定轨技术及应用 （1） GNSS高精度定位与定轨 研究GNSS高精度定位与定轨的理论、方法和技术，主要内容包括：导航卫星星座的自主定轨方法，低轨卫星GPS自主定轨方法，多频多模导航卫星精密数据处理方法，多频多系统组合模糊度的确定方法，GNSS精密单点定位技术，大范围高精度网络RTK定位技术，多系统集成的无缝导航定位技术，GPS、GLONASS、Galileo及COMPASS多模卫星导航系统兼容与互操作关键技术等。 （2）北斗卫星导航系统关键技术 面向发展我国自主的卫星导航定位服务系统的重大需求，重点进行北斗二代国家重大专项的核心技术攻关。研究我国北斗卫星导航系统建设、测试、验证以及运行等方面的关键技术，包括GEO/IGSO/MEO卫星精密定轨、时间同步与长期预报技术、电离层延迟监测与建模、系统误差建模、系统完好性监测及广域差分处理等，研制北斗导航卫星数据处理平台。 （3）卫星导航定位综合应用服务 研究卫星导航定位系统在国防、国民经济建设及科学各领域应用中的理论和方法，包括地基/空基GNSS大气探测、GNSS高精度定位测速与定姿、位置服务、建筑物、构筑物安全监测，地质灾害监测等。 （4）组合导航与自主导航定位技术 研究卫星导航、惯性导航、无线电导航、地磁导航、生物视觉辅助导航、重力匹配、量子导航等多种导航系统的多源融合数据处理的理论和方法；探索基于最优估计理论的组合导航数据处理方法以及多传感器数据融合技术；研制集多种导航定位
传感器的组合导航系统平台，为航空、航天遥感等提供高精度的位置和姿态信息。 （5）基于伪卫星的高精度定位 研究在伪卫星星座支持下的高精度定位理论、方法和技术，主要内容包括：伪卫星天线相位中心的标定方法，基于伪卫星的高精度定位时频基准的建立和维持，基于伪卫星的高精度定位的数学模型和方法以及基于伪卫星的高精度实时动态定位等。
目录 1引言 (1) 2正文 (1) 2.1 美国GPS系统 (1) 2.1.1 空间部分 (1) 2.1.2 地面控制部分 (2) 2.1.3 用户设备部分 (2) 2.2 俄罗斯GLONASS系统 (2) 2.2.1 GLONASS星座 (2) 2.2.2 地面支持系统 (2) 2.2.3用户设备 (3) 2.3 GPS系统发展历程 (3) 2.3.1前身 (3) 2.3.2 计划 (4) 2.3.3 计划实施 (4) 2.4 GPS系统原理 (4) 2.5 GPS的功能 (5) 2.6 GPS的六大特点 (5) 3小结 (6)
全球卫星定位系统论文 摘要全球卫星定位系统(Globle Positioning System简称GPS)是一种结合卫星及通讯发展的技术,利用导航卫星进行测时和测距[1]。经过近十年我国测绘等部门的使用表明,全球卫星定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点,成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘察、地球动力学等多种学科,取得了好的经济效益和社会效益.本文主要论述了有关美国、俄罗斯GPS系统的特点,GPS发展史及GPS发展历程工作原理等相关问题。 关键词：组成部分；发展历史；工作原理。 1引言 全球卫星定位系统(GPS)是美国从上世纪70 年代开始研制,历时20 余年,耗资200 亿美元,于1994 年全面建成。具有海陆空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统[2]。现有的卫星导航定位系统有美国的全球卫星定位系统(GPS)和俄罗斯的全球卫星定位系统( Globle Naviga2tion Satellite System) ,简称GLONASS，以及中国北斗星，欧洲伽利略。 2正文 GPS全球卫星定位系统由三部分组成:空间部分—GPS星座;地面控制部分—地面监控系统; 用户设备部分—GPS信号接收机。 2.1 美国GPS系统 2.1.1 空间部分 GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成,它位于距地表20 200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55°。此外,还有4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS 卫星产生两组电码, 一组称为C/ A 码( Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ;一组称为P 码(Procise Code 10123MHz),P 码因频率较高,不易受干扰,定位精度高,因此受美国军方管制,并设有密码,一般民间无法解读,主要为美国军方服务。C/ A 码人为采取措施而刻意降低精度后,主要开放给民间使用[3]。
摘要 摘要 随着我国经济的迅速发展,过人消费水平也呈现了飞速增长,汽车的数量也随着迅速增加,我国GPS车辆定位系统市场现在已经进入规模发展时期,本文对GPS 汽车定位系统运用到的技术理论基础作出了详细的介绍,兵非别提供了GPS定位车载终端的硬件和软件的具体设计方案. GPS即全球系统定位,它是一个中距离圆形轨道卫星定位,可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位和高精度的时间基准.GPRS是在GSM的系统基础上引入新的部件而构成的无线数据出传输系统.它的基本功能是在移动终端,GPRS网内以及和Internet网络的路由器之间传输分组数据,根据现代智能交通系统的实际需求,本文设计了一种基于GPRS的车载卫星定位系统,系统采用单片机作为处理器,通过GPRS网络建立无线通信链路,把车载移动终端的GPS定位信息传到Internet 网上的服务器,实现在线实时检测车辆行驶各类信息,实现了控制中心实时检测车辆行驶状态,完成了车辆定位的目的 关键词:GPS车辆定位:全球定位系统:导航定位
ABSTRACT ABSTRACT As China’s rapid economic development people also rapid consumptiom growth in the number of vehicles has increased as rapidly. GPS vehicle location system in China has now entered the scale of the market development period this article on the use of GPS vehicle positioning system technology theroy to make a detailed on the use of GPS vehicle positioning system technology theory to make a detailed introduction, and each vehicle terminal provides GPS positioning of specific hardware and software design. GPS or global positioning system it is a middle-distance circular orbit satellite positioning system most parts of the earth’s su rface can provide accurate positioning and high precision time base. GPRS in the GSM system is based on the introduction of new components which consititute the wireless data transmission system。Its basic function is in the mobile terminal。GPRS networds and Internet networks within and between the router packet data transmission According to the actual modern intelligent transportation systems this paper designs a GPRS-based vehicle positioning system he system uses single chip as the processor through the GPRS network to establish wireless communication link the mobile terminal’s GPS location info rnmation transmitted online Internet server to achieve real-time monitoring online traffic infornmation of all types to achieves a real-time monitoring traffic control center in the state completed a vehicle positioning purposes. KEY WORDS:GPS vehicle location :Global Positioning System :Navigation
测距电离层延迟误差分析 !"#测距电离层延迟误差分析! 王举思 ($%&'$部队山东青岛 ($$))*) 摘要在微波统一测控系统中,地面对航天器的跟踪主要是通过的群时延误 差,称为电离层延迟误差.电磁波在电离层中传播时,信号的群速度见(!)式,因此由电离层延迟引起的距 离(群时延)误差为 !! " #!测 $!真 # "#%$ &% ! ' ( ) &'# "#%$ &%['()] ' 式中积分为电磁波穿过电离层路径的单位面积截面柱体的总电子含量['()] '. 由此可知,测距电离层延迟误差大小取决于电离层的电子浓度和积分路径以及电磁波信号频率.通 常有三种直接测量电离层'()的方法:法拉第旋转法,双频载波相位差分法和群时延法. '*+%!,测速终端采用双程相干载波多普勒测速技术,由多普勒频率可计算出目标径向速度.径向 速度计算方法如下 *测 # $& + ,- %&.& + 由于载波相位在电离层中以相速度传播,此时载波多普勒频率计算目标径向速度应为 *真 #
$& + %&.& + ,-,(!. "#%$( ) &% ) 因此,由电离层引起的测速误差为 !* " #*测 $*真 # & + ,- (%&.& +) , "#%$( ) &% 根据多普勒效应的理论,对多普勒频率积分就可以计算出载波相位增量.如果给出正确的积分初值, 就可用载波相位测距.但是,由电离层引起的载波测距误差与侧音测距误差数值相等,符号相反,载波测 距误差为负值,而侧音测距误差为正值. "距离数据系统误差分析方法 距离数据系统误差主要分两类:一类是由设备引起的距离漂移误差和校零误差,其中校零误差在一个 跟踪圈次中为固定值(通常在-$.内);另一类是由电波传播路径和目标运动引起的误差,它又可以分为 电离层延迟误差,对流层折射误差和目标运动引起的时标误差. "/!测距测速数据时标 测距数据为某时刻目标的径向距离,时标打在收信号时刻;测速数据为0#.1积分时间内的平均速度, 时标打在积分时间的中间点上. "/%测距测速数据时标误差 测距数据的时标为收信号时刻/ ",由于目标运动和电波传播延迟,测距数据的真实时标应为/ " +!,时
广东天文学会关于2004年学术论文研讨会 1 卫星定位系统原理与发展应用前景 广东省韶关学院——廖伟迅 1、子午卫星导航系统（NNSS ） 该系统又称多普勒卫星定位系统，它是58年底由美国海军武器实验室开始研制,于64年建成的“海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite System ）。这是人类历史上诞生的第一代卫星导航系统。 1957年10月前苏联成功发射了第一颗人造卫星后，美国霍普金斯大学应用物理实验室的吉尔博士和魏分巴哈博士对卫星遥测信号的多普勒频移产生了浓 厚的兴趣。经研究他们认为：利用卫星遥测信号的多普勒效应可对卫星精确定轨；而该实验室的克什纳博士和麦克卢尔博士则认为已知卫星轨道，利用卫星信号的多普勒效应可确定观测点的位置。霍普金斯大学应用物理实验室研究人员的工 作，为多普勒卫星定位系统的诞生奠定了坚实的基础。而当时美国海军正在寻求一种可以对北极星潜艇中的惯性导航系统进行间断精确修正方法，于是美国军方便积极资助霍普金斯大学应用物理实验室开展进一步的深入研究。1958年12月在克什纳博士的领导下开展了三项研究工作：①研制卫星；②建立地球重力场模型以便卫星的精确定轨和准确预报卫星的空间位置；③研制多普勒接收机。经过众人的努力子午卫星导航系统于1964年1月正式建成并投入军方使用，直至1967年7月该系统才由军方解密供民间使用。此后用户数量迅速增长，最多达 9.5万户，而军方用户最多时只有650个，不足总数的1%，可见因生产的需要民间用户远远大于军方。 1.1 子午卫星导航系统的组成 （1）卫星星座：子午卫星星座，由六颗独 立轨道的极轨卫星组成。 在设计上要求卫星的轨道的偏心率为零，轨道倾角i =90°；卫星运行周期为T=107m ； 卫星高度约为H=1075km ；按理论上的设计， 六颗卫星应当均匀分布在相互间隔为30度轨道 平面上。但由于早期卫星入轨精度不高，各卫 星周期、倾角、偏心率都存在不同程度的误差， 故各卫星轨道进动的大小和方向也都不尽相同，这样经过一段时间后各卫星轨道间的间距 就变得疏密不一。因而地面可观测卫星的时间分布就变得更加没有规律，中纬度地区的用户平均 1.5小时左右可以观测到一颗卫星，有时在高纬上空可出现多颗卫星造成信号的互相干扰（此时必须将信噪比差的卫星关闭避免干扰）；但在低纬度地区最不利时要等待10小时才能观测到卫星。 （2）地面系统：地面设有4个卫星跟踪站；1个计算中心；1个控制中心；2个注入站；1个天文台（海军天文台）。 地面控制系统中设立了四个卫星跟踪站，它们分别位于加利福尼亚州的穆古角、明尼苏达州、夏威夷、缅因州。因为地面跟踪站的精确坐标是已知的，当子 午卫星通过跟踪站上空时可以观测记录各卫星信号的多普勒频移，并将测到的数 图1——子午卫星星座
卫星定位系统原理与发展应用前景 广东省韶关学院——廖伟迅 1、子午卫星导航系统（NNSS ） 该系统又称多普勒卫星定位系统，它是58年底由美国海军武器实验室开始研制,于64年建成的“海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite System ）。这是人类历史上诞生的第一代卫星导航系统。 1957年10月前苏联成功发射了第一颗人造卫星后，美国霍普金斯大学应用物理实验室的吉尔博士和魏分巴哈博士对卫星遥测信号的多普勒频移产生了浓厚的兴趣。经研究他们认为：利用卫星遥测信号的多普勒效应可对卫星精确定轨；而该实验室的克什纳博士和麦克卢尔博士则认为已知卫星轨道，利用卫星信号的多普勒效应可确定观测点的位置。霍普金斯大学应用物理实验室研究人员的工作，为多普勒卫星定位系统的诞生奠定了坚实的基础。而当时美国海军正在寻求一种可以对北极星潜艇中的惯性导航系统进行间断精确修正方法，于是美国军方便积极资助霍普金斯大学应用物理实验室开展进一步的深入研究。1958年12月在克什纳博士的领导下开展了三项研究工作：①研制卫星；②建立地球重力场模型以便卫星的精确定轨和准确预报卫星的空间位置；③研制多普勒接收机。经过众人的努力子午卫星导航系统于1964年1月正式建成并投入军方使用，直至1967年7月该系统才由军方解密供民间使用。此后用户数量迅速增长，最多达 9.5万户，而军方用户最多时只有650个，不足总数的1%，可见因生产的需要民间用户远远大于军方。 1.1 子午卫星导航系统的组成 （1）卫星星座：子午卫星星座，由六颗独 立轨道的极轨卫星组成。 在设计上要求卫星的轨道的偏心率为零， 轨道倾角i =90°；卫星运行周期为T=107m ； 卫星高度约为H=1075km ；按理论上的设计， 六颗卫星应当均匀分布在相互间隔为30度轨道 平面上。但由于早期卫星入轨精度不高，各卫 星周期、倾角、偏心率都存在不同程度的误差， 故各卫星轨道进动的大小和方向也都不尽相同，这样经过一段时间后各卫星轨道间的间距 就变得疏密不一。因而地面可观测卫星的时间分布就变得更加没有规律，中纬度地区的用户平均1.5小时左右可以观测到一颗卫星，有时在高纬上空可出现多颗卫星造成信号的互相干扰（此时必须将信噪比差的卫星关闭避免干扰）；但在低纬度地区最不利时要等待10小时才能观测到卫星。 （2）地面系统：地面设有4个卫星跟踪站； 1个计算中心；1个控制中心；2个注入站；1个天文台（海军天文台）。 地面控制系统中设立了四个卫星跟踪站，它们分别位于加利福尼亚州的穆古角、明尼苏达州、夏威夷、缅因州。因为地面跟踪站的精确坐标是已知的，当子午卫星通过跟踪站上空时可以观测记录各卫星信号的多普勒频移， 并将测到的数图1——子午卫星星座
中国卫星遥感与定位技术应用的现状和发展 2002-3-19 经过三十多年来的发展，卫星遥感技术应用的范畴已经从当初的单一遥感技术发展到今天包括遥感（RS)、地理信息系统(GIS)，全球定位系统(GPS)等技术在内的空间信息技术，逐渐深入到国民经济、社会生活与国家安全的各个方面，使社会可持续发展和经济增长方式发生了深刻的变化，其发展与应用水平业已成为综合国力评价的重要标志之一。 1998年美国副总统戈尔从战略高度提出了空间信息技术综合应用的重大目标之——“数字地球”的构想，将空间信息技术向全民化、产业化发展的目标推进了一步。随着国家和地区空间信息基础设施的建立和完善，分布式数据库的发展与成熟，以及高性能计算、联网处理能力的提高，美国和西方七国集团已把空间信息技术列为从工业化向信息化过渡，实现全球信息社会(Global Information Society，GIS)的一个重要高新技术应用产业。 我国经过“八五”，“九五”的攻关研究，RS、GIS和GPS的综合配套发展能力开始形成，为3S走向实用奠定了基础。在应用方面， 3S技术已在国家的经济建设中，尤其在重大自然灾害监测与评估和资源调查等方面，为国家领导人和各级政府部门提供了大量科学的宏观辅助决策信息，产生了巨大的社会效益。在技术应用逐步由国家行为向产业行业的转化过程中，有力地推动了国土、农业、林业等部门对这些新技术的认同和采用，越来越多的部门，已经正在将这些技术摆上部门业务化应用的日程，成为主管部门执法或制定产业政策、规范及行业技术改造的重要依据之一。 中国卫星遥感应用的发展 遥感技术集中了空间、电子、光学、计算机通信和地学等学科的最新成就，是当代高新技术的一个重要组成部分。国际上遥感技术的发展，将在未来15年将人类带入一个多层。立体。多角度，全方位和全天候对地观测的新时代。各种高、中、低轨道相结合，大、中、小卫星相互协同，高、中、低分辩率互补的全球对地观测系统，将能快速、及时地提供多种空间分辩率、时间分辩率和光谱分辩率的对地观测海量数据。 自70年代以来，我国高度重视遥感技术发展与应用，跟踪国际技术前沿并努力创新，在“六五”、“七五”、“八五”、“九五”连续四个五年计划中，给予重点支持，在遥感技术系统，遥感应用系统、GIS等方面均取得突出进展。 建立了国家级资源环境宏观信息服务体系 该服务体系包括以中国1：25万土地利用数据为核心的国家资源环境空间数据库，二个部级服务系统，三个省级示范系统及五个县级服务系统，珠江三角洲地区“4D”(数字高程模型DEM，数字正射影像库 DOQ，数字专题地图库DRG和数字专题信息DTI)技术系统以及全国资源环境信息技术系统。