三频电离层延迟改正中多路径误差和观测噪声的削弱算法
一种改正伪距多路径误差的北斗三频周跳探测与修复方法
第３ ５ 卷 第 ４期 ２ ０ １ ５年 ８月
大 地 测 量 与 地 球 动 力 学
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｇｅ ｏ ｄ ｅ ｓ ｙ ａ ｎ ｄ Ｇｅ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ
Ｖｏ １ ． ３５ Ｎｏ ． ４
Ａｕｇ ．，２０１ ５
文章编号 ： １ ６ ７ １ — ５ ９ ４ ２ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ － ０ ６ ７ １ — ０ ５
并 采用搜 索 法克 服方程 解 的不稳 定 问题 ； 文 献［ ４ ］
１ 伪 距 多 路径 改 正 的 北 斗 三 频 周 跳 探 测 与修 复方 法
１ ． １ 周 跳 探 测
三频 伪距 、 相 位组 合观测 量 方程 可表示 为＿ ８ ］ ：
Ｐｏ ｂ 一 ｌ ０ ＋ ｈ Ｉ １ ＋ ｍａ ｂ ＋ ｎ ６ ＋ ￡ 曲 Ｉ １ ＋ ｍｚ ， ｎ ｈ ＋ ｅ ＋ （ ２ ） （ １ ）
一 ｌ Ｄ 一
ｈ
＋ Ｎ
式中， ｐ为卫 星至 接收 机 的几 何距 离 （ 包 括 卫 星钟
不同GNSS观测组合提取伪距多路径效果比较
不同GNSS观测组合提取伪距多路径效果比较刘保成;黄令勇;王俊超【摘要】推导了伪距多路径提取公式,计算了相应观测组合提取伪距多路径的组合系数.以载波噪声放大比例为评价指标,对比分析各组合观测提取伪距多路径的效果,然后利用BDS和GPS数据进行验证.结果表明,仅进行电离层一阶改正时,三频伪距/载波组合提取伪距多路径效果最好;基于三频二阶电离层改正的伪距多路径提取会过分放大载波噪声,但能消除电离层系统误差;基于双频组合提取伪距多路径时,两频率相差最大的观测组合提取伪距效果最好;同一组合观测提取不同频点伪距多路径时,提取最大频率信号上的伪距效果最好.【期刊名称】《大地测量与地球动力学》【年(卷),期】2017(037)001【总页数】4页(P40-43)【关键词】多路径;双频;三频;BDS;GPS【作者】刘保成;黄令勇;王俊超【作者单位】中国天绘卫星中心,北京市,102102;中国天绘卫星中心,北京市,102102;地理信息工程国家重点实验室,西安市雁塔路中段1号,710054;中国天绘卫星中心,北京市,102102【正文语种】中文【中图分类】P228随着对流层、电离层误差改正精度的不断提高，多路径效应成为影响GNSS定位精度的主要误差源。
GPS伪距多路径误差一般为1～5 m，最高可达10～20 m[1]。
精密定位利用伪距辅助模糊度固定时，严重的伪距多路径误差会影响模糊度解算的可靠性[2]。
为此，有必要加强对伪距、载波多路径削弱算法的研究。
目前，抑制多路径效应除观测时使用扼流圈天线以外，后期数据处理中多利用多路径周期特性或采用滤波算法[3-4]。
针对伪距多路径效应，文献[5]采用更为简便的伪距/载波组合进行提取，并系统比较三频GNSS伪距多路径提取效果。
但不同GNSS系统伪距/载波组合提取伪距多路径效果的规律特性还有待进一步研究，以便作业人员有针对性地选择不同观测环境下的最佳提取算法。
当电离层活动剧烈时，GNSS观测信号电离层延迟二阶项误差相对较大，为提高定位精度有必要考虑其影响[6]。
《GPS 原理及其应用》课程试卷 -测绘
武汉大学测绘学院《GPS原理及其应用》课程试卷A标准答案一、 填空题1.目前正在运行的全球卫星导航定位系统有GPS 和 GLONASS 。
我国组建的第一代卫星导航定位系统称为北斗卫星导航定位系统，欧盟计划组建的卫星导航定位系统称为 GALILEO 。
2.GPS卫星发送的信号是由载波、测距码、导航电文三部分组成的。
3.2000年5月初美国政府中止了已实施多年的SA 政策。
4.L1载波的波长约为19 厘米，L2载波的波长约为 24 厘米。
5.GPS定位误差按误差的来源分类，跟卫星有关的误差有卫星星历误差、卫星钟差、相对论效应；跟信号传播有关的误差有电离层延迟误差、对流层延迟误差、多路径误差；跟接收机有关的误差有接收机钟差、接收机的位置误差、接收机的测量噪声。
6.单站差分GPS按基准站发送的信息方式来分，可分为位置差分、伪距差分、相位差分。
7.对流层延迟改正模型中的大气折射指数N与温度、气压、湿度等因素有关。
二、判断题1.接收机的接收通道采用平方律通道的优点是：可以获得测码伪距；可以获得导航电文；重建的载波是全波长的。
错2.C/A码的一个码元对应的码元宽度为29.3米。
错3.导航电文的传输速率为50bit/s，以“帧”为单位向外发送，需要12.5分钟才能完整地播发一次。
对4.单点定位中的DOP值与卫星的数量和几何图形以及观测值的精度有关。
错5.通过GPS相对定位，可消除卫星钟差和多路径误差的影响。
错6. 同一时刻L1载波相位测量观测值与C/A 码伪距测量观测值所受到的电离层延迟是相同的。
错7. 同一时刻L1载波相位测量观测值与C/A 码伪距测量观测值所受到的对流层延迟是相同的。
对8. 同一时刻L1载波相位测量观测值与C/A 码伪距测量观测值所受到的多路径误差是相同的。
错9. 常用的对流层延迟模型有霍普菲尔德（Hopfield）改正模型、萨斯塔莫宁（Saastamoinen）改正模型和克罗布歇（Klobuchar）改正模型。
电离层延迟高阶项改正算法及效果分析
电离层延迟高阶项改正算法及效果分析李信用【摘要】电离层延迟是导航定位中重要的误差源，电离层延迟二阶项带来的误差为厘米级，对于高精度要求的定位来说，该项误差必须给予认真的消除。
采用了一种顾及二阶项的电离层延迟改正算法，重点对地磁场的特性进行分析，利用二次曲面拟合区域地磁场矢量，以达到简化计算，同时不降低高阶项改正精度的目的。
通过实例验证，得出一些有益的结论。
【期刊名称】《测绘技术装备》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P24-27)【关键词】GPS;电离层延迟;高阶项;TEC【作者】李信用【作者单位】新疆交通规划勘察设计研究院新疆乌鲁木齐 830000【正文语种】中文1 引言随着全球卫星导航定位技术的发展，电离层延迟误差高阶项影响已经成为获取GPS高精度定位亟待解决的问题。
利用观测值的线性组合来消除电离层误差的同时，会使线性组合后的观测噪声扩大，且由于高阶项延迟误差本身并不大，因此必须对利用多频组合方法来消除电离层延迟的高阶项的可靠性及可行性加以考虑[1]。
2 电离层单层模型（SLM）根据GPS定位观测值不难求出电离层单层穿刺点经纬度，设单层穿刺点的经纬度坐标(ϕIPP，则:上面两式中，（0ϕ，0λ）为测站的大地坐标；0ψ为测站与穿刺点的地心夹角。
3 三频组合改正电离层的二阶项随着GPS现代化的进展，GPS开始向用户提供L5频率信号，用三频的观测值能改正电离层延迟误差二阶项的影响[3]。
相折射率np可表示为:对于载波相位观测值而言，将电离层改正至二阶项公式为:其中，ρi为卫星信号的载波相位测量值(ρi=λiφ+λiN，N为整周模糊度数值，φ为相位观测值)，ρ0是测站与卫星之间的几何距离(包括硬件延迟、对流层延迟、卫星钟误差等)，再令则解（6）式可得:其中，三个信号 f1=1575.42MHZ，f2=1227.60MHZ，f3=1176.45MHZ代入后可求得每个频率的改正值为:对于测码伪距观测值，将电离层延迟至二阶项亦可求得其系数矩阵。
三种电离层延迟多频修正算法的比较
1 引言
电离层延迟是 卫星导 航系 统测量 中最 主要 的误差 源之 一 。 从天顶到地 平 , 电 离层 引 起的 测 距 误差 , 可从 5m到 150m。 单频接收机中通常 用模型 法修正 电离 层延 迟 , 大多 数单频用户采用的 K l o b u c h a r 模型对电离 层的修正 最多能达 到 75%左右 , 这对定位精度要求较 高的场合是远远不够的 。 电离层是一 种色散 介质 , 折 射率 是工作 频率 的函 数 , 为了 满足高精度用户 的需 求 , 多频 测距系 统可 以借 助多频 观测 数据削弱电离层延迟的影响 。 近年来 , G P S 现代化 、 G a l i l e o 等多频卫星测距 系统 的建设 使双 频 、 三频 等多 频电离 层延 迟修正算法成为研究 的热点 。 通常认为电 离层延 迟多 频修正 中 , 观测 伪距 的频 点数 越多 、 频点值间 隔越 大修正 的精 度越高 。 实际上 由于 多频 观测数据必须通过 形成电 离层 无关线 性组 合观 测修正 电离 层的影响 , 这在削 弱电离 层延 迟影响 的同 时放 大了观 测噪 声等伪距误差的 影响 , 而 不同 频点的 信号 频率 带宽或 调制 体制的不同 使得观 测伪 距精 度并非 完全 一致 。 可 见 , 多频 电离层延迟修正的 精度不 仅取 决于观 测量 的频 点数和 频点 值间隔 , 还与伪 距精 度 、 采用 的修正 方法 以及电 离层 高阶 项延迟量等因素 的影 响有关 。 本文在 分析 电离 层对测 距影 响的基础上 , 对 电离 层延迟 双频 修正 、 三 频一阶 修正 和三 频二阶 修 正三 种 多 频 修正 算 法 进 行了 比 较 , 以建 设 中 的 G a l i l e o 卫星 导航定位系 统为 例 , 讨论 了观 测噪声 在三 种多 频电离层延迟修 正中 的影响 , 分析了 不同 条件 下利用 多频 观测数据进行电离 层延迟 修正 的最佳 修正 算法 和最佳 频率 组合 , 为 G a l i l e o 等 卫星导航 系统多频接 收机设计 中频点选 择和电离层修正算法 提供了可行的分析方法 。源自3 三种电离层延迟多频修正算法
区域电离层提取算法及延迟改正模型研究
区域电离层提取算法及延迟改正模型研究近年来，由于区域电离层的研究逐渐受到重视，因此，精确的提取和测量它们的精确性和稳定性被越来越多地关注。
从历史数据中提取准确的区域电离层信息是理解电离层大气和下层大气的复杂耦合关系的重要基石。
虽然近年来已有一些研究，但都存在计算效率低、不可靠等问题。
为了提取区域电离层信息，本文提出了一种新的提取方法，称为“延迟改正”提取算法。
它主要包括两个步骤：首先，利用滤波技术和拟合方法，提取出电离层的低空节点，从而计算区域电离层高度。
其次，利用延迟改正模型，对电离层高度数据进行改正，以确保准确性。
首先，本文描述了拟合和滤波技术在电离层提取中的应用。
拟合技术利用有限的历史数据来构建电离层模型，使得模型能够更好地拟合实际电离层观测数据。
滤波技术可以有效地消除数据中的噪声，从而加速对观测数据的提取。
之后，本文详细介绍了延迟改正模型的原理及其实现方法。
延迟改正模型基于应用混合强度模型和实际电离层数据，使用新数据替换模型数据，以得出更精确的电离层数据。
最后，用历史数据进行仿真，比较实验和模型的结果，有效证明了改正模型的有效性。
本文的研究表明，延迟改正提取算法可以显著改善历史电离层高度数据提取的准确性和稳定性，从而更好地理解下层大气和电离层的耦合关系。
因此，该方法可以提供更精确的结果，为电离层研究者提供实用的工具。
在今后的研究中，可以将改正模型应用于更多的电离层数据，从而更好地改善电离层模型，研究电离层大气和下层大气的长期耦合关系，以及利用电离层数据进行科学实验。
另外，还可以加强对模型数据的评估，以及模型的可移植性和可扩展性。
总之，本文提出的延迟改正提取算法及延迟改正模型，可以有效的提取、测量区域电离层的精确性和稳定性，为电离层研究者提供更精确的结果。
它为下一步研究奠定了坚实的基础，可以有效的理解下层大气和电离层的复杂耦合关系，以及利用电离层数据进行科学实验。
减弱多路径误差的方法
多路径误差是指在无线通信中，由于信号在传播过程中经过多个路径到达接收端，这些路径的信号可能会相互干扰，导致接收到的信号失真。
为了减弱多路径误差，可以采取以下方法：1. 增加发射功率：提高发射端的功率可以增加信号的覆盖范围，从而减少多路径效应的影响。
2. 使用定向天线：定向天线可以将信号集中在某些方向上，从而减少其他方向上的多路径效应。
3. 采用分集技术：分集技术是将多个接收到的信号进行合并，以减小多路径误差的影响。
常见的分集技术有空间分集、频率分集和时间分集。
4. 信道编码：通过信道编码可以提高信号的抗干扰能力，从而减小多路径误差的影响。
5. 选择合适的传输频率：选择具有较低多径传播特性的频率可以减少多路径误差的影响。
6. 使用自适应滤波器：自适应滤波器可以根据信号的变化自动调整滤波器的参数，从而减小多路径误差的影响。
7. 基站选址和布局优化：合理选择基站的位置和布局可以减少多路径效应的影响。
例如，将基站设置在地形较高的地方，可以减少地面反射对信号的影响。
8. 使用MIMO技术：MIMO（Multiple-Input, Multiple-Output）技术是一种利用多个发射和接收天线进行数据传输的技术，可以有效地减小多路径误差的影响。
9. 采用OFDM技术：OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术是一种将高速数据流分成多个低速数据流进行传输的技术，可以有效地减小多路径误差的影响。
10. 采用CDMA技术：CDMA（Code Division Multiple Access）技术是一种将多个用户的数据信号进行编码后同时传输的技术，可以有效地减小多路径误差的影响。
电离层延迟误差处理方法
电离层延迟误差处理方法
电离层延迟误差是卫星导航系统中常见的误差之一，其产生原因是卫星信号在穿过电离层时会受到电离层电子密度的影响而产生时延。
为了减小这种误差对导航定位的影响，需要采用一些处理方法。
现有的电离层延迟误差处理方法包括单频差分、双频差分、双差分等。
其中，双频差分法是一种较为常见的方法，其原理是通过同时接收两个频率的信号，并在接收端对两个频率的信号进行差分处理，从而消除掉电离层延迟误差的影响。
此外，还有一些基于观测数据的误差模型，如Klobuchar模型、NeQuick模型等。
这些模型可以根据接收站的地理位置和卫星信号的传播路径来计算电离层延迟误差，并进行预测和校正。
总之，针对电离层延迟误差的处理方法有多种选择，需要根据实际情况选择最合适的方法来提高导航定位的精度和可靠性。
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第37卷 第4期测 绘 学 报V ol.37,No.4 2008年11月ACT A GEODAETICA et CART OGRAPHICA SINICAN ov.,2008文章编号:1001-1595(2008)04-0418-05中图分类号:P 228 文献标识码:A三频电离层延迟改正中多路径误差和观测噪声的削弱算法王梦丽,王飞雪国防科学技术大学电子科学与工程学院卫星导航研发中心,湖南长沙410073An Algorithm of Multipath Error and Observation Noise Weakening inTriple -frequency Ionospheric Delay C orrectionW A N G M eng -li,WA N G Fe-i xueSatellite N avig ation R esearch and Dev elop ment Ce nter ,S chool of Elec tr onic Sc ienc e and Eng ineering ,N ational Univ ersity of Def ense Tec hnology ,Chang sha 410073,ChinaAbstract :T he io no spheric delay can be weakened by mult-i fr equency observat ions,but pseudorang e err or s such as multipath erro rs and o bserv ation noises are magnified to different deg rees due to using mult-i fr equency meth -o ds.Her eint o,by tr iple -fr equency observ ations t he io no spheric delay can be co rr ected to the second o rder or only the f irst o rder,w hich are named tr iple -fr equency o f one or der corr ection and triple -frequency of two or der co rr ect ion r espectively.T he algo rithm of w eakening the multipath er ror s and observ ation no ises using triple -fre -quency o bserv atio ns is pro vided in this paper ,w hich gr eatly decreases the effects of pseudo range erro rs in calcu -lating the triple -frequency io no spheric delay cor rectio n.By pro cessing triple -frequency ex per imental obser va -t ions,the alg or ithm is validated and some useful co nclusions and adv ises are summar ized:to co rr ect the iono -spheric delay using t riple -f requency observat ions,firstly the multipath er ro rs and o bserv atio n no ises should be weakened fro m the pseudor ang es,and then the ionospher ic delay is co rr ected.In this w ay t he pr ecision of co r -r ected pseudorang e w ill be improv ed.If the er ror s can .t be weakened efficiently,the alg or ithm o f tr iple -fr equen -cy of one or der co rr ection or dua-l frequency cor rection is mo re suitable.Key words :ionospher ic delay;tr iple -frequency;multipath erro r;observat ion no ise摘 要:多频测距系统可以借助多频观测数据削弱电离层延迟的影响,但多频改正算法在改正电离层延迟项的同时会不同程度地放大多路径误差、观测噪声等伪距误差的影响。
其中利用三频数据可以将电离层延迟改正至二阶项,也可以只改正至一阶项,分别称为三频二阶改正和三频一阶改正。
首次推导了利用三频观测数据削弱伪距中多路径效应和观测噪声等误差的算法,使三频电离层延迟改正中伪距误差的影响大大减小。
通过对三频实测数据的处理和分析验证了算法的有效性并给出了一些有益的结论和建议:在利用三频观测数据进行电离层改正时,首先改正伪距中的多路径误差和观测噪声,然后采用三频二阶改正算法将电离层延迟改正至二阶项,将有效提高伪距改正精度。
如果不能有效削弱这些误差的影响,宜采用三频一阶改正或双频改正。
收稿日期:2008-03-04;修回日期:2008-06-13基金项目:新世纪优秀人才支持计划资助(NCE T -04-0995)作者简介:王梦丽(1978-),女,山东日照人,博士生,主要研究方向为星基导航与定位技术。
E -mail:w angmengli0@关键词:电离层延迟;三频;多路径误差;观测噪声1 引 言为了满足高精度用户的需求,多频测距系统可以借助多频观测数据削弱电离层延迟的影响。
通常认为多频观测数据组合中频点值间隔越大、频点数越多、改正掉的高阶项越多,则改正的精度越高。
实际上由于多频观测数据必须通过形成与电离层无关的线性组合观测来校正电离层的影响,因而在削弱电离层延迟的同时放大了多路径误差、观测噪声等伪距误差的影响,使得伪距精度也成为影响多频电离层延迟改正精度的关键因素之一[1]。
在影响伪距测量精度的误差因素中,星历误差、星钟误差、接收机钟差等对不同频点的伪距影响相同,在多频电离层延迟改正中可以利用多频数据进行差分对消。
而多路径误差和观测噪声对不同频点的伪距测量影响不同,既难以利用第4期王梦丽等:三频电离层延迟改正中多路径误差和观测噪声的削弱算法差分技术消除又难以通过频率值建立数学关系[2],成为在多频电离层延迟改正中最难以克服的误差。
文献[3]提出利用双频数据,通过建立多路径效应模版实现在线削弱多路径效应在电离层延迟改正中的影响。
文献[4]在忽略电离层延迟二阶及以上高阶项的前提下,推导了利用双频观测数据提取多路径误差的方法。
电离层延迟对伪距和载波相位测量的影响相反,忽略的二阶项会在提取的多路径误差中产生叠加放大,影响误差改正的精度进而影响伪距改正的精度。
本文推导了利用三频观测数据削弱多路径误差和观测噪声等伪距误差的算法。
算法中考虑了电离层延迟二阶项对信号测量的影响,能更精确地分离伪距中的多路径误差和观测噪声。
结合三频电离层延迟改正算法,通过实测数据分析了三频伪距误差削弱算法的有效性。
2电离层延迟及其三频改正算法电离层是一种色散介质,折射率是工作频率的函数,不同频率的信号在电离层中的传播速度不同。
电离层对测距的影响是沿卫星到用户的信号传播路径上的电子密度的函数,各个频点的伪距观测量可表示为Q i=Q0+A1f2i +A2f3i+A3f4i+,(i=1,2,3)(1)其中,A1,A2,A3,,是沿卫星到用户信号传播路径上的电子密度的函数,与频率f i无关;Q i为频点f i对应的伪距观测量,Q0为不受电离层影响的伪距。
电离层延迟的一阶项是主要的,二阶项一般比一阶项小2个数量级以上,三阶项一般比一阶小3个数量级以上,信号频率越高,电离层延迟各阶项之间的差异越大[5]。
若选择一系列频点作为工作频率,建立m个关联方程的方程组,就可以解出Q0,A1,,,A m-1等m个未知量。
采用3个频点的数据进行三频改正,能够改正电离层效应的一阶项和二阶项,也可以只改正到一阶项,分别定义为三频二阶改正和三频一阶改正[1,6,7]。
假设各频点伪距误差的均值为0,方差为R2i。
三频电离层延迟改正后伪距的估计值如下[1]:1.三频二阶改正后伪距Q0的估计值:Q^0=a2Q1+b2Q2+c2Q3Q^0的噪声放大为(均方差)R0=(a2R1)2+(b2R2)2+(c2R3)2其中,a2=f31(f2-f3)/D,b2=f32(f3-f1)/D,c2=f33(f1-f2)/D,D=(f1-f2)(f2-f3)(f1-f3)(f1+f2+f3)2.三频一阶改正后伪距Q0的估计值:Q^0=a3Q1+b3Q2+c3Q3Q^0的噪声放大为(均方差)R0=(a3R1)2+(b3R2)2+(c3R3)2其中,a3=D2-D1/f21/3D2-D21,b3=D2-D1/f22/3D2-D21,c3=D2-D1/f23/3D2-D21,D1=1/f21+1/f22+1/f23,D2=1/f41+1/f42+1/f43三频二阶改正将电离层延迟改正至二阶项的同时放大了多路径误差、观测噪声等伪距误差的影响;三频一阶改正虽然只将电离层延迟改正至一阶项,但与三频二阶改正相比伪距误差的影响较小[1]。
如果不能有效地削弱多路径、观测噪声等伪距误差对电离层延迟改正的影响,三频二阶改正的结果将比三频一阶改正和双频改正的结果更差。
3多路径误差和观测噪声削弱算法伪距和载波相位测量中,一般受电离层、对流层、多路径、钟差、通道硬件延迟以及观测噪声等误差的影响。
三频伪距和载波相位观测方程可以表达为Q1=R+ct u+ct s+E+S ion1+S t ro+M p1+H W s1+H W u1+E Q1(2)Q2=R+ct u+ct s+E+S ion2+S t ro+M p2+H W s2+H W u2+E Q2(3)Q3=R+ct u+ct s+E+S ion3+S t ro+M p3+H W s3+H W u3+E Q3(4)K1U1=R+ct u+ct s+E-S ion1+S tro+M U1+H W s1+H W u1-K1N1+E U1(5)K2U2=R+ct u+ct s+E-S ion2+S tro+M U2+H W s2+H W u2-K2N2+E U2(6)K3U3=R+ct u+ct s+E-S ion3+S tro+M U3+H W s3+H W u3-K3N3+E U3(7)其中,Q i为i频点的观测伪距;R为由星历计算的接收机和卫星之间的几何距离;c为真空中光速;t u 和t s分别为接收机和卫星钟差;E为星历误差引入419的伪距测量误差;S ioni为i频点电离层延迟值;S tro为对流层延迟值;M pi和M U i分别为多路径效应对i频点伪距和载波相位测量的影响;H W u i和H W s i分别为i频点接收机和卫星通道硬件延迟;E Q i和E U i分别为测量噪声对i频点伪距和载波相位的影响;K i为i频点载波波长;U i为i频点载波相位观测值;N i 为i频点载波相位整周模糊度。