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硬件内传播时延所致 ,不同于观测噪声。 目前 ,关 于仪器偏差的特征以及仪器偏差对确定电离层延
迟的影响的研究还不多 ,然而较好分离出 IB对于 象 W AAS等许多 GPS应用系统的基准站来说是 一个必须解决的重要问题。针对这种状况 ,本文首 先通过设计几种不同的计算方案 ,分析了仪器偏 差对确定电离层延迟的影响的特点 ; 利用相位平 滑测码数据进一步精化了仪器偏差分离方法 ,并 探讨了仪器偏差的稳定性 ; 基于实时平均去噪和 码、相位观测数据的实时加权联合处理的思想 ,研 究了一种能够较有效克服仪器偏差影响的确定电
Keywords G PS , Instr umenta l bia s , W A AS , Io nosph eric delay
摘 要 本文通过设计不同的计算方案详细分析了 GP S观测中的仪器偏差对确定电离层延 迟的影响 ,利用多天实测数据 ,结合仪器偏差与电离层延迟的分离方法 ,探讨了仪器偏差的稳 定性 ,并提出了一种静态实时确定电离层延迟的方案。 算例表明它能较有效克服仪器偏差影 响。 关键词 全球卫星定位系统 ( GPS) 仪器偏差 增强型 GPS 广域差分系统 ( W AAS) 电离层延迟 分类号 P228. 4
( PRN= 31卫星 , 1995-06-29) Fig. 2 Co mpa riso n o f ionospheric delay s determined
with and witho ut IB
表 1 确定电离层延迟时考虑与不考虑 IB天顶方 向观测均方根误差的比较 ( 1995-06-29)
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测 绘 学 报 27卷
迟曲线可以看出曲线 2明显比曲线 3更接近曲线 1。说明把仪器偏差作为噪声处理对确定电离层延 迟影响较大。 无论是拟合电离层模型还是直接计 算电离层延迟时都应考虑 IB的系统性影响。表 1 给出由单颗卫星以及基准站所有卫星考虑或不考
虑 IB时 ,天顶方向观测均方根误差的数值比较 , 它定量地表明用 Lp (~L p )把 C 作为待估参数处理 可使天顶电离层延迟求解精度提高近 1～ 3倍 ,特 别是用 ~Lp 求解电离层延迟时 , IB的影响可明显 反映出来。 在本文中 ,由于 IB均为单基准站观测 数据所计算的卫星— 接收机综合仪器偏差 , 故仅 以不同卫星区别不同的 IB。
The eff ects of Instrumental Bias in GPS observations on determining ionospheric delays and the methods of its calibration
Yuan Yunbi n, Ou Jikun
( Laboratory of Dynamics Geodesy , Institute of Geodesy and Geophy sics , Chinese Academy of Sciences , Wuhan , 430077,China)
Tab. 1 The comparison of rms of vertical residual
errors in ionospher ic delays determined
with and without IB
差;Biblioteka F=f2 2/(
f
2 1
-
f
2 2
);
f
1
为载波
Li ( i=
1, 2)的频
率 ; Pi , hi 分别为载波 Li 上的码和相位观测量 ;
N i 为载波 Li 相位观测量的整周未知数 ; X为相应
观测量的噪声及其它随机性误差 ; mf 为电离层投 影函数 , 是卫星高度角的函数 [6 ] ; I1 = mf · I 1,v为 载波 L 1 上的观测量的斜距电离层延迟量 ; I1, v为 天顶电离层延迟量。 以上各量除 F 和 mf 外均采 用长度单位。由 C、D 可见 ,在本文中 ,卫星和接收 机的仪器偏差是一起处理的。
对 L p 和 Lh进行 有效的预处理后 ,可认为 X 为白噪声 ( E (X)= 0)。 用 Lh平滑 L p 可得 ~L p ( t ) ( t
为观测历元数 ) ,即
~Lp ( t ) =
1 t
L
p
(
t
)+
t
t
1 [~L p
(t-
1)+
Lh( t ) -
Lh( t - 1) ]
( 3)
为分析仪器偏差对求解电离层延迟的影响 , 利用精确坐标已知的基准站 (如 IGS站 ) 长时间
(如一天 )所有卫星的实测数据 ,采用以下几种计
算方案求解电离层延迟。 ( 1) 利用 Lp (~Lp )按式 ( 1)求解 I1, v (~I1, v )和 C
(~C )及 I1 = mf · I1,v (~I1 = mf · ~I1, v ) ,把 C 作为一
个待估参数处理 ;
( 2) 把仪器偏差当成噪声处理 ,式 ( 1)写成
图 1、 2和表 1给出了利用某 IGS站实测数据
的 计 算 结果 (地 方 时 )。 从 图 1显 示 的基 准 站
( W RS) 的天顶 电离层 延迟值 可以 看出 ,曲 线 2 ( I1,v )、 3(~I1,v )比曲线 4( I1, vc )、 5(~I1,vc )更接近曲线
1; 从图 2中显示的卫星 PRN= 31斜距电离层延
Lh= F (h1 - h2 ) = I1+ D+ Xh= mf · I1,v+ D+ Xh
( 2)
其中 , C= F [ ( Sp 2 - Sp 1 )+ ( Rp 2 - Rp 1 ) ]
D= F [ ( N 1 - N 2 )+ ( Sh1 - Sh21 )+ ( Rh1 - Rh2 ) ]; S、 R 分别为相应观测量中的卫星和接收机的仪器偏
作为常量处理 )及 I1,d = mf· I1, vd。
W A AS等系统一般不单纯采用相位观测数
据确定 ION。 本文的研究中为了进行比较 ,采用
单站相位数据 ,尽可能修复了 Lh的所有周跳 ,所 以 I1, vd求解精度高于 I1,v ,~I1, v , I1,vc和 ~I1,vc , 后面的
讨论均以它为比较标准。在上面的计算中 ,天顶电
第 28卷 第 2期 1999年 5月
测 绘 学 报
ACT A G EO D AET I CA et C AR TO G RA P HIC A SIN ICA
V ol. 28, N o. 2 M ay , 1999
GPS观测数据中的仪器偏差 对确定电离层延迟的影响及处理方法*
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开放研究 实验室 ,武汉 , 430077)
图 1 仪 器 偏 差 对 基 准 站 天 顶 电 离 层 延 迟 影 响
( 1995-06-29T 8 /1995-06-30T 8) Fig. 1 Effects o f IB o n determina tio n o f v ertica l
io no spheric delay s a t W RS
* 收稿日期: 1998-08-26, 截稿日期: 1999-01-21。 袁运斌 ,男 , 26岁 , 博士生。 现从事误差理论 , G PS测量中电离层改正的研究。 中国科学院动力大地测量学开放研究实验室、国防科工委重大项目子课题资助项目。
第 2期 袁运斌等: G PS观测数据中的仪器偏差对确定电离层延迟的影响及处理方法
离层延迟的新方案 ,可 用于 W AAS及 其他 GPS 网络系统。
2 仪器偏差对确定电离层延迟的影 响
仪器偏差与电离层延迟的关系 ,可从下面两 式得到描述:
码组合观测模型
Lp = F ( P2 - P1 ) = I1+ C+ Xp = mf · I1, v+ C+ Xp
( 1)
相位组合观测模型
计算的 ION 值 图 3 仪器偏差预报改正效果 ( P RN= 31卫星 , 1995-
0 6-3 0) Fig. 3 T he effectiv eness o f pr edic ted cor rection of
instrumental bias
1— 相位观测数据拟合的 IO N 值 (考虑 IB影响 ) 2— P码观测数据直接计算的 IO N 值 (考虑 IB影响 ) 3— P码观测数据直接计算的 IO N (不考虑 IB影响 ) 图 2 考虑与不考虑 IB所求解 ION 值的比较
∑ ~—C=
1 n
[ (~Lp - mf · I1, vD ) ]
( 5)
1— 相位观测数据拟合的 IO N 值 2— 相位平滑 P码数据直接计算的 IO N 值 3— 用上测段的 IB值改正相位平滑 P码观 测数据直接
计算的 ION 值 4— 用本测段的 IB值改正相位平滑 P码观 测数据直接
1 引 言
近年发展起来的增强型 GPS广域差分系统 (即 W AAS)要求通过其基准站的双频 GPS观测 数据实时提取电离层延迟 (简记为 IO N )信息 [1 ]。
精确提取电离层延迟信息的关键之一在于精确求 定 GPS卫星和接收机的仪器偏差 ,这种仪器偏差 可能给电离层延迟观测值带来高达数米的系统误 差及米级定位误差 [1, 3 ]。 G P S观测量中的仪器偏 差 (简记为 IB)是由于观测信号在卫星 和接收机
Abstract The effects of Inst rumental Bias ( IB) in GP S o bserv a tions o n deter mining io no spheric delay s a re
analyzed with differ ent ca lcula ting schemes in detail and some useful co nclusions a re draw n. Stability o f IB is also r esea rch ed with the me tho d fo r separa ting it fr om io nosphe ric delay s using multi-day G PS data. An improv ed algo rithm abo ut static rea l time dete rmination o f iono spheric delay s is pr esented o n the ba sis o f the predicted v alues of IB and the tech nique o f rea l time av erag ing o f no ise a nd w eig hted-adjustment o f dual Pcode and car rier phase m ea sur ements. Its effectiv eness is v erified w ith ex amples in w hich the instr um enta l bias ar e efficiently calibrated . T he alg o rithm ma y be used in W A A S.