卫星导航中电离层时延改正技术

GPS测量过程中的常见问题与解决方法导语：全球定位系统（GPS）已经成为现代测量领域中不可或缺的工具。

它能够提供高精度的地理定位信息，但在实际测量中，常常会遇到各种问题。

本文将介绍GPS测量过程中常见的问题，并提供解决方法，以帮助读者更好地应对这些挑战。

一、信号遮挡问题在城市环境中，高楼大厦、树木、甚至人体都可能阻挡GPS信号，导致仪器无法获取足够的卫星数据。

解决这个问题的关键是选择合适的测量位置和时间。

1.测量位置选择：尽量选择开阔的地方，避免高大建筑物或树木的遮挡。

在需要进行测量的区域周围进行多站观测，以增加卫星的可见性。

2.测量时间选择：根据卫星的运动轨迹和天空可见度，选择卫星最多的时段进行观测。

通常清晨或傍晚的时间段卫星较多，避开午后太阳高照时段。

二、多路径效应问题多路径效应是指GPS信号在传播过程中，会经过建筑物、地形等障碍物的反射，导致接收机接收到多个信号源，从而引起测量误差。

减小多路径效应的关键是选择合适的测量条件和使用相关技术手段。

1.天线高度选择：增加接收天线的高度，可以减少接收到的反射信号。

使用遥杆或支架将天线抬高到适当的高度。

2.天线架设方式：选择合适的天线架设方式，尽量避免信号的反射。

在困难的地形条件下，可以考虑使用抗多路径天线，如测距杆天线。

3.信号滤波技术：通过使用专业的信号滤波器来减少多路径效应。

这类滤波器能够滤除信号中的反射成分，提高测量精度。

三、时钟偏移问题GPS系统依赖精确的时间同步，但卫星和接收机的内部时钟存在偏移。

时钟偏移会导致测量结果的不准确，因此需要进行校正。

1.钟差模型：接收机通过监测卫星信号和自身的时钟差，建立模型。

根据这个模型，可以对信号进行时间校正，提高测量精度。

2.差分GPS：差分GPS技术是在基准站和移动站之间进行相对测量，通过对比基准站和移动站接收到的信号，进行时钟偏移校正。

这种技术能够大幅度提高GPS测量的精度。

四、电离层延迟问题电离层是GPS信号传播路径中的一个重要因素，会引起信号的延迟，从而影响测量结果。

电离层延迟修正方法评述摘要：电离层延迟是在GNSS测量中一个常见的误差源，影响着高精度定位和导航的实现。

本文介绍了电离层延迟的来源和影响，评述了常见的电离层延迟修正方法，并分析了它们的优缺点。

关键词：电离层延迟；GNSS；修正方法；评述一、引言全球导航卫星系统（GNSS）是现代导航系统的核心。

它们已经广泛应用于航空、航海、陆上交通、测绘、农业等领域。

然而，GNSS 测量过程中存在着各种误差源，其中电离层延迟是其中的一个常见误差源。

电离层延迟是由于电离层对GNSS信号的传播速度产生影响而产生的。

电离层是地球大气层中的一个电离区域，它会对GNSS信号的传播速度产生影响，从而导致信号延迟。

这种延迟会影响GNSS测量的精度和可靠性，因此需要进行电离层延迟修正。

本文将介绍电离层延迟的来源和影响，并评述常见的电离层延迟修正方法，分析它们的优缺点。

二、电离层延迟的来源和影响电离层是地球大气层中的一个电离区域，它由太阳辐射和宇宙射线等高能粒子的电离作用形成。

电离层的密度和高度随时间和地理位置而变化，因此会对GNSS信号的传播速度产生影响，从而导致信号延迟。

这种延迟是由于电离层中的自由电子对GNSS信号的传播速度产生影响而产生的。

电离层延迟的影响主要体现在两个方面：（1）信号传播时间的变化电离层延迟会导致信号传播时间的变化，从而影响GNSS测量的精度和可靠性。

当GNSS接收机接收到卫星信号时，信号需要穿过电离层才能到达接收机。

在传播过程中，信号会受到电离层的影响而产生延迟。

这种延迟会随着电离层密度和高度的变化而变化，因此会对GNSS测量的精度和可靠性产生影响。

（2）信号传播路径的变化电离层延迟还会导致信号传播路径的变化，从而影响GNSS测量的几何精度。

由于电离层的存在，信号在传播过程中会发生折射和反射，从而改变信号的传播路径。

这种变化会导致信号到达接收机的时间和方向发生变化，从而影响GNSS测量的几何精度。

三、电离层延迟修正方法的评述为了减小电离层延迟对GNSS测量的影响，需要进行电离层延迟修正。

GPS定位系统误差校正技术及精度GPS定位系统是一种全球性的卫星定位系统，广泛应用于航空航天、交通、电信、测绘等领域。

然而，由于各种原因，GPS定位系统存在一定的误差，因此需要进行误差校正以提高其精度。

误差校正是通过对GPS信号中的误差进行测量和分析，然后对定位结果进行修正的过程。

根据GPS定位系统的误差来源，可以将误差分为两类：系统误差和随机误差。

系统误差主要是由卫星时钟不精确、电离层延迟和大气延迟等因素引起的。

对于系统误差，常用的校正技术有卫星时钟校正、电离层和大气延迟模型校正等。

卫星时钟校正是通过对GPS卫星上的原子钟进行精密测量，得到它们与标准原子钟之间的时间误差，并将这些误差传送到接收机，从而校正接收机上的卫星钟偏差。

这样可以有效减小由于卫星时钟不精确引起的系统误差，提高定位精度。

电离层延迟是指GPS信号在穿过电离层时，由于电离层的电子密度分布不均匀，造成信号传播速度的变化，从而引起定位误差。

为了校正电离层延迟，一种常用的技术是双频观测与组合，即利用接收机同时接收L1和L2频率的信号，并对其进行组合处理。

通过计算两个频率之间的差异，可以得到电离层延迟的近似值，然后根据模型进行误差校正。

大气延迟是指GPS信号在穿过大气层时，由于大气密度的变化而引起的信号传播速度的变化。

为了校正大气延迟，一种常用的技术是差分定位技术。

差分定位技术需要设置参考站和用户站，通过比较参考站和用户站接收到的GPS信号，测量出它们之间的差异。

这些差异就反映了大气延迟对定位的影响，从而可以进行相应的校正。

随机误差主要是由于多路径效应、接收机噪声和多普勒效应等因素引起的。

对于随机误差，常用的校正技术有滤波器、克拉姆-拉勒伯（Kalman Filter）滤波和差分定位技术。

滤波器可以通过对GPS信号进行滤波和平滑处理，减小多路径效应和接收机噪声带来的误差。

常用的滤波器包括卡尔曼滤波器、无源滤波器等。

克拉姆-拉勒伯（Kalman Filter）滤波是一种递归滤波器，可以根据已知的过去状态和观测值来预测当前状态，并用于误差校正。

卫星导航中的电离层时延改正技术分析作者：徐波赵国剑来源：《中国科技博览》2012年第20期[摘要]：电离层延迟是各类卫星导航定位系统中的最重要最棘手误差源之一。

本文对两个观测站同时观测、利用网格修正以及Klobuchar模型修正等方法进行了论述。

[关键词]：卫星导航电离层延迟网格修正 Klobuchar模型中图分类号：TD172+.1 文献标识码：TD 文章编号：1009-914X（2012）20- 0247-01一、引言随着通讯技术、计算机技术、信息论及航天与空间技术的迅猛发展，卫星导航技术也日新月异，越来越多的工程领域（通讯、导航、侦察、监视和地球观测等）都离不开导航技术的支持。

当前，美国正在设计试验新的第2代工作卫星改进系统；俄罗斯也实施“恢复GLONASS”计划；欧洲也紧锣密鼓地发展以军民共用的GALIEO欧洲卫星导航服务系统（ESNS，European satellite navigation service system）。

星导航技术的出现和发展，是21世纪工程进展中一项重大技术变革，推动了世界政治、经济、军事和科学的发展。

我国新一代卫星导航系统，将为国防和国民经济建设许多领域的发展，起到巨大的推动作用。

电离层延迟是各类卫星导航定位系统中的最重要最棘手误差源之一。

与GPS及即将建成的GALILEO等国际上的GNSS系统一样，我国新一代卫星导航系统，也必须有效修正或削弱卫星信号的电离层延迟影响。

电离层延迟及GNSS卫星频率间偏差估计信息，是GNSS导航系统必须提供的四类改正信息中的两种。

它们能否有效修正，是我国新一代卫星导航系统能否有效发挥作用、能否在未来军民两个市场的竞争上取得优势地位的决定性因素之一。

电离层延迟的基本原因是电磁波在电离层的传播速度与频率有关，电离层对无线电信号产生的延迟Tmin（f）与载波频率、信号传播路径和电离层穿刺点的垂向电离层电子浓度总含量（TEC）值的关系可表示为：（1）公式中K为电离层比例系数，为用户与卫星间电波射线路径与电离层穿刺点的垂直电子浓度，f为无线电信号工作频率[2]，δ为电磁波射线路径与电离层穿刺点的倾角。

卫星导航系统的误差分析和矫正技术卫星导航技术可以说是信息时代中最重要的技术之一，它极大的影响了人类社会的许多方面。

GPS(Global Positioning System)卫星导航系统是全球范围内最为广泛使用的卫星导航系统之一，它被广泛应用于汽车导航、航海、军事、航空和石油勘探等领域。

然而，GPS系统并非完美无缺，其误差来自多方面，因此误差分析和矫正技术是至关重要的。

一、GPS误差来源GPS包括空间段和用户段两大部分，误差来源也分为空间段和用户段两类。

1.空间段误差（1）卫星轨道误差由于GPS卫星在轨道上含有不等大小的偏差，轨道参数不是完全精确的，因此卫星讯径的误差会对用户位置解算结果产生一定的影响。

（2）卫星钟差误差卫星钟的精度对GPS定位的影响也非常大。

卫星内部发生的微小摄动、温度变化和衰变等因素都会影响卫星钟的精度，导致GPS的误差。

2.用户段误差（1）电离层误差地球上的电离层是由于太阳辐射所激发的电离化气体层，这层大气对卫星信号传递的影响极大，对GPS定位精度影响较大。

（2）大气延迟误差细分为快速和慢速大气延迟误差，主要因为大气介质对GPS信号具有不同的传输特性，这种误差主要由各自设置的卫星轨道、时间信息实现矫正。

（3）信号多径误差信号多径效应指的是GPS接收器从多条径线接收同一信号所产生的误差，这种误差通常会与反射面有关，因此高楼、山谷等区域的多路径效应将会更加严重。

二、GPS误差分析误差分析是确定卫星导航系统精度和性能限制的重要方法。

通常，误差分析主要有以下三个步骤：1.卫星轨道的误差分析通过收集GPS卫星的实际运行数据和模拟数据等数据来分析和评估卫星轨道的误差。

2.用户端误差分析比较常用的方法是通过实测精度与原理误差之间的比较来评估GPS测量系统的性能。

3.误差来源分析系统接收的信号来自多个来源，用于定位的测量数据包括多种误差。

因此，为了正确识别GPS测量系统的误差来源，需要使用数据处理和优化技术分析卫星导航信号产生的误差源，例如，BP神经网络、定位方程、贝叶斯网络等。

卫星导航系统的误差分析及其纠正方法卫星导航系统是现代化的导航方式之一，已成为人们旅行、航空、海洋、地质勘探等领域中必不可少的工具之一。

但是，由于各种外在因素的影响，卫星导航系统的精度不可避免地会受到误差的干扰，从而影响到实际使用效果。

因此，本文将针对卫星导航系统的误差分析及其纠正方法进行探讨。

误差来源卫星导航系统的误差来源主要有以下几种：1.天气因素：天气条件的变化，如雷暴、降雨等，会对信号传输造成干扰，导致误差出现。

2.电离层：电离层会对信号产生折射、延迟等影响，从而影响卫星导航系统的精度。

3.卫星轨道误差：卫星轨道的非理想性和不稳定性会使得卫星发射的信号的时间和位置出现误差。

4.接收机性能问题：接收机的性能问题也会影响卫星导航系统的精度。

接收机信噪比的大小，接收机灵敏度等问题都可能产生误差。

误差分析为了消除误差对卫星导航系统的影响，需要对误差进行分析。

对于卫星导航系统而言，误差分析主要分为两个方面：一是对误差进行分析，二是根据误差分析结果采取相应的纠正措施。

误差分析的第一步就是对误差进行排查。

根据误差来源的不同，采用不同的方法进行分析。

对于电离层误差，可以利用多路径组合技术进行处理。

对于卫星轨道误差，可以利用多源数据融合方法进行处理。

对于接收机性能问题，可以采用时差差分技术或载波相位差分技术进行处理。

误差纠正误差纠正方法可以大致分为两类。

一类是通过信息处理技术对误差进行纠正，例如利用多路径组合技术降低电离层误差、利用多源数据融合方法降低卫星轨道误差等。

另一类是通过通信技术对误差进行纠正，例如利用差分定位技术对接收机性能问题进行纠正。

差分定位技术是最为常见的一种误差纠正技术。

它可以通过在同一时刻同时接收多个卫星信号，然后将它们之间的差异作为误差的补偿，从而提高卫星导航系统的定位精度。

差分定位技术的准确性取决于差分基线的长度和稳定性。

如果差分基线长度较短，误差的补偿也相对较小。

但如果差分基线长度过长，则信号会受到多路径影响，从而导致误差更大。

中山大学硕士学位论文卫星通信受电离层的影响与改善方法姓名：张啸飞申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导教师：龙云亮20061108拟调制方式有线性调制——双边带调幅（ＡＭ）、抑制载波双边带调幅（ＤＳＢ．ＳＣ）、单边带调幅（ＳＳＢ），还有模拟角调制——分为调频（ＦＭ）和调相（ＰＭ），ＦＭ为最常用的卫星模拟调制方式．十年前ＦＭ模拟电视传输还占有很大的市场份额。

随着微电子技术、视音频压缩技术、数据流压缩技术、纠错技术、调制技术的发展，模拟调制节省带宽的优势已经变成了明显的劣势，而抗干扰方面更无法与数字调制相比拟，因此渐渐被数字调制所取代。

要使用数字调制，必须保证基带信号为数字信号，如果信号源是模拟信号，则要先进行抽样和量化实现Ａ／Ｄ转换，再经编码压缩后，方可进行数字调制。

数字基带信号必须经过调制进行Ｄ／Ａ转换才能在带宽受限的卫星信道中传送，基本数字调制方式有幅移键控（ＡＳＫ）、频移键控（ＦＳＫ）和相移监控（ＰＳＫ）三种。

在恒参条件下，ＰＳＫ不仅更能有效地利用信道频带，而且有较高的抗噪声干扰能力，因此现在ＩＮＴＥＬＳＡＴ在ＳＣＰＣ、ＴＤＭＡ、ＩＤＲ等卫星通信系统中都广泛使用ＱＰＳＫ调制技术。

ＱＰＳＫ信号的解调方式有两种：相干解调和非相干解调，相干解调性能较好，在卫星通信中应用更为普遍。

下一代数字卫星广播ＤＶＢ．Ｓ２标准还将使用更节省带宽的８ＰＳＫ和１６ＱＡＭ技术，其有效性（相同带宽可传输的比特率）分别接近ＱＰＳＫ的１．５和２倍，即在传输相同比特率下只需要ＱＰＳＫ的约７０％和５０％的带宽，但它们的误码性能不及ＱＰＳＫ好，８ＰＳＫ是当前比较合适的平衡点，已经在部分高清晰度电视（ＨＤＴＶ）卫星广播中使用；另外，使用修正恒模（ＭＣＭＡ）等算法来修正相位失真可有效降低ＰＳＫ解调的误码率，从而提高相位调制解调在电离层等原因导致的电波相位失真情形下的抗干扰能力，如图１．３所示，Ｔａｎｄｂｅｒｇ解码器使用的ＰｒｅｋｏｒＤｙｎａｍｉｅＰｒｅ．ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ（动态预纠错）技术处理失真的］６ＱＡＭ信号的星座图，可见该技术能够有效修正数字相幅调制解调的相位和幅度失真。

电离层延迟修正方法评述吴雨航,陈秀万,吴才聪,胡加艳(北京大学遥感与地理信息系统研究所,北京,100871)摘要:电离层延迟是卫星导航定位的重要误差源之一,为了有效消除该误差的影响,需要选择适当的电离层延迟改正方法。

对电离层延迟修正精度和实时性要求不同,选用的改正方法也不尽相同。

本文在分析各修正方法原理的基础上,论述了各方法的优缺点、存在问题、以及适用范围,该研究对于选用电离层修正方法具有指导意义。

关键词:双频改正法;电离层延迟模型;Klobuchar;Bent;IRI中图分类号:P207文献标志码:A文章编号:1008-9268(2008)02-0001-051引言地球大气受太阳辐射作用发生电离,在地面上空形成电离层。

一般情况下,人们界定电离层的高度范围为1000km以下。

1000km以上电离大气的自由电子密度比较低,对电波传播的影响基本可以忽略。

电离层的下边界一般在100km以下,随时间和空间而变化。

当电磁波在电离层中传播时,传播方向和传播速度会发生改变,相对真空传播,产生所谓电离层折射误差。

对于GPS载波频率,电离层对测距的影响,最大时可达150m;最小时也有5m。

因此,电离层误差是GPS测量中不可忽视的重大误差源之一[1]。

国内外学者不断地致力于电离层传播效应的修正研究,总结提出了不同的电离层延迟修正方法和模型。

早在20世纪70年代就有人提出用双频改正电离层延迟误差,并不断有人提出不同的电离层改正模型。

目前各卫星导航系统、差分增强系统采用的电离层延迟修正方法有所不同,总体而言,以双频改正法、电离层模型法及差分改正法应用最为广泛。

2电离层延迟修正2.1双频改正法对电波传播而言,电离层属于色散介质。

不同频率的载波信号穿越电离层时产生的延迟量不同。

基于这一原理,产生了双频改正法。

调制在载波上的测距码在电离层中以群速度传播,而载波信号则以相速度传播。

因此,利用调制在L1上的测距码测得的电磁波从卫星到接收机的真实距离(传播时间为$t1时)S1=c$t1-40.28Q s N edS/f21=Q1-40.28TE C/f21同理,利用调制在L2载波上的测距码进行伪距测量时有S2=c$t2-40.28Q s N e d S/f22=Q2-40.28TE C/f22两式相减,可得Q2-Q1=40.28T EC/f22-40.28T EC/f21(1)因此有I1=40.28T EC/f21=Q2-Q1C-1=c($t1-$t2)C-1(2)I2=40.28TE C/f22=(Q2-Q1)CC-1=c($t1-$t2)CC-1(3)其中,C=f21f22。