电离层延迟修正方法
电离层延迟修正方法评述
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。
一种实时双频电离层修正方法
一种实时双频电离层修正方法王先毅;孙越强;杜起飞;白伟华;吴迪;王冬伟【摘要】电离层延迟是影响GPS绝对定位的重要因素.比较常用的电离层延迟修正方法有模型方法和双频方法.模型方法和使用双频码伪距的方法精度有限.使用双频载波相位进行电离层延迟计算需要求解整周模糊度,计算复杂.提出了一种同时使用GPS双频码和载波观测量进行电离层误差修正的方法.使用卫星信号模拟器生成信号并用接收机实时接收,用此方法计算出电离层延迟值,并与真值进行比较,计算误差为厘米级.最后,接收真实卫星信号并计算了真实电离层延迟,并与使用Klobuchar 模型方法计算出的电离层延迟进行了比较.%The ionospheric delay is one of the main error sources for GPS absolute positioning. Ionospheric delay models and dual- frequency methods are commonly used. Ionospheric models are based on empirical models, and the accuracy is limited. Dual-frequency ionospheric delay calculation methods, which use code and carrier observations respectively, have their drawbacks. A method of using dual frequency code pseudorange and carrier phase measurement simultaneously are presented to eliminate the ionospheric delay of observation path. Signal simulator was used to generate GPS signal with ionospheric delay. The ionospheric delay was calculated and compared with true value. Results show that the new method have centimeter-level accuracy. In the last part of this paper, real GPS signal are received and ionospheric delay is calculated and compared with results calculated using Klobu-char model.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)005【总页数】4页(P992-995)【关键词】GPS;双频;电离层延迟;码伪距;载波相位;Klobuchar模型【作者】王先毅;孙越强;杜起飞;白伟华;吴迪;王冬伟【作者单位】中国科学院国家空间科学中心,北京100190;中国科学院研究生院,北京100190;中国科学院国家空间科学中心,北京100190;中国科学院国家空间科学中心,北京100190;中国科学院国家空间科学中心,北京100190;中国科学院国家空间科学中心,北京100190;中国科学院国家空间科学中心,北京100190;中国科学院研究生院,北京100190【正文语种】中文【中图分类】P228.4GPS绝对定位受卫星星历、电离层、对流层延迟、多路径及钟差等系统误差的影响。
卫星导航中的电离层时延改正技术分析
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。
gnss电离层延迟改正及应用研究
gnss电离层延迟改正及应用研究GNSS（Global Navigation Satellite System）电离层延迟是指GNSS信号在穿过电离层时被电离层中的电子密度引起的延迟。
由于电离层中电子密度的变化，电离层延迟对于GNSS信号的传播具有显著的影响，会引起测量误差。
因此，对电离层延迟进行改正是GNSS测量中的一项重要任务。
目前，常用的电离层延迟改正方法主要包括单频改正、双频改正和模型改正。
1. 单频改正：单频测量只有一个频率，无法准确测量电离层延迟。
但是，可以利用历史观测数据和电离层的统计特性来估算电离层延迟，从而进行修正。
2. 双频改正：双频测量具有两个频率，可以通过对两个频率的信号进行差分处理，消除电离层延迟的影响。
通过计算双频组合观测量，可以得到电离层延迟的改正值。
3. 模型改正：利用电离层延迟模型，如Klobuchar模型，可以根据电离层电子密度的垂直分布来估算电离层延迟。
这种方法需要接收站和卫星之间的位置信息和时间信息，以及电离层的参数。
电离层延迟的应用研究主要包括以下几个方面：1. 定位精度提高：通过对电离层延迟进行改正，可以减小GNSS信号传播误差，提高定位精度。
2. 电离层监测与预测：通过对电离层延迟的实时测量和分析，可以监测电离层的变化，预测电离层异常现象（如电离层扰动）的发生，为GNSS应用提供预警信息。
3. 空间天气研究：电离层延迟与太阳活动和地球磁场的变化密切相关，通过分析电离层延迟的变化，可以研究太阳活动对电离层的影响，深入了解空间天气现象。
总之，电离层延迟的改正和应用研究对于提高GNSS定位精度、监测电离层变化以及研究空间天气等方面具有重要意义。
电离层延迟修正方法评述_吴雨航
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。
GPS电离层延迟改正模型
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。
rtk_电离层_误差方案_概述说明以及概述
rtk 电离层误差方案概述说明以及概述1. 引言1.1 概述本文旨在探讨RTK电离层误差方案的概述和说明。
RTK技术是一种利用全球定位系统（GPS）进行高精度实时定位的方法，在许多领域都有重要应用，如地理测量、导航和农业等。
然而，电离层对于RTK定位结果的准确性和稳定性有着显著影响，并且会引起伪距观测值延迟。
为了解决这个问题，已经提出了各种电离层误差补偿方案。
1.2 文章结构本文将按照以下结构进行阐述。
首先，我们会介绍什么是RTK技术以及电离层对其定位结果的影响。
然后，我们将详细探讨现有的电离层误差补偿方案，包括基于GPS宽巷模糊度解算方法、基于多系统组合观测数据优化估计方法以及其他相关方法和改进措施。
最后，在结论与展望部分，我们将总结关键要点，并讨论目前存在的问题和挑战，并展望未来发展方向。
1.3 目的本文旨在对RTK电离层误差方案进行全面而详尽的概述和说明。
通过对各种电离层误差补偿方案的介绍和分析，我们希望读者能够更好地理解电离层误差在RTK定位中的影响，以及如何有效地减小这些影响。
同时，我们也希望为未来的研究和发展提供一些启示和参考。
2. RTK电离层误差方案概述说明2.1 什么是RTK技术在开始详细介绍RTK电离层误差方案之前，我们首先需要了解什么是RTK技术。
RTK（Real-Time Kinematic）技术是一种实时动态定位技术，可用于测量和监测对象的精确位置和运动状况。
它利用全球定位系统（GPS）或其他卫星导航系统的信号进行高精度定位。
2.2 电离层对RTK定位的影响电离层是地球大气层中的一个部分，由于其中存在自由电子，会对电磁波传播产生影响。
这些影响包括信号延迟、折射和散射等。
而对于RTK定位来说，电离层误差可能导致位置定位的不准确性。
因此，在实际应用中，需要针对这种影响制定相应的电离层误差补偿方案。
2.3 现有的电离层误差补偿方案为了抵消电离层对RTK定位结果的影响，已经提出了一些有效的电离层误差补偿方案。
电离层延迟
\
引用例子如下：
函数极值法求解三频GNSS最优载波相位组合观测量(见论文）
3.2三频修正
利用三频数据最优组合求解电离层延迟的方法：
针对利用双频观测值估计双差电离层延迟量时间长)精度低等问题,
基于三频载波观测值,提出了一种适用于长距离双差电离层延迟量实时估计的方法&首先根据不同观测值线性组合的误差特性选择求解电离层延迟量的最优组合观测值然后在准确获取最优组合观测值对应
模糊度的基础上求解电离层延迟量初值最后引入平滑思想,通hatch 滤波进一步优化电离层延迟量初值&算例分析表明,只要利用几十甚
至十几个历元,双差电离层延迟量估值精度即可有效控制在2cm之内,实现了长距离双差电离层延迟量实时高精度估计.
在双频观测值中’电离层延迟量的求解主要采用双频M码法\载波相位平滑伪距法,但由于载波相位观测量受整周未知数影响’而伪距
观测量精度较差’电离层延迟量估计误差在短时间内一般为分米级至比较三种电离层修正算法发现：
亚米级
.
层实时估计模型。
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电离层异常
• 冬季异常
– 夏季由于阳光直射中纬度地区的F2层在白天电离度 加高，但是由于季节性气流的影响夏季这里的分子 朝阳面电离层里的电流对单原子的比例也增高，造 成离子捕获率的增高。这个捕获率的增高甚至强于 电离度的增高。因此造成夏季F2层反而比冬季低。
• 赤道异常
– 朝阳面电离层里的电流在地球磁赤道左右约±20度 之间F2层形成一个电离度高的沟，这个现象被称为 赤道异常。
电离层的分层
电离层形态是电离层中电子密度等 基本参量的空间结构（高度和经纬 度分布）及其随时间（昼夜、季节 和太阳活动周期）变化的情况。电 离层可从低到高依次分为D层、E层 和F层等，其中F层还可分为F1层和 F2层。E层和F1层中，电子迁移作用 较小，具有查普曼层的主要特性。
D层 离地面约50～90公里。白天，峰值密 度NmD和相应高度hmD的典型值分别为10厘 米和85公里左右。无线电波中的短波在该层 受到较大的吸收。
电离层的主要特性由电子密度、电子温度、碰撞频率、离
子密度、离子温度和离子成分等空间分布的基本参数来表示。 但电离层的研究对象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，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。 电离层内任一点上的电子密度，决定于上述自由电子的产生、 消失和迁移三种效应。在不同区域，三者的相对作用和各自的 具体作用方式也大有差异。
该模型着眼于尽可能使V TEC 值正确,以获得较准确的电离层 延迟量。该模型的输入参数为日期、时间、测站位置、太阳辐射 流量及太阳黑子数等,其电离层延迟修正精度达60 %左右。
Bent模型
Bent模型
IRI模型
IRI( International Reference Ionosp here) 模型由国际 无线电科学联盟(URSI) 和空间研究委员会(COSPAR) 提出的标准经验 模型,最早的模型版本为IRI - 78 ,发布于1978 年[6 ] ,之后经过多 次修正,目前采用的多为IRI - 90 或IRI - 2001 。IRI模型是目前最 有效且被广泛认可的经验模型,它融汇了多个大气参数模型,引入了太 阳活动和地磁指数的月平均参数,采用预报的电离层特征参数描述电离 层剖面。
• 地磁风暴
– 地磁风暴是地球磁场暂时的、剧烈的骚扰。地磁风暴时F2层 非常不稳定，会分裂甚至完全消失。 在极地附近会有极光 产生。
数据采集与读取
• 数据采集
– GPS 台站数据 – 便携式GPS仪测得数据
数据采集与读取
• 数据读取
方法及数据分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ• 双频改正法
•双频伪距法 •双频载波相位法
• 模型法
PRESENTED BY
摘要
• 电离层简介 • 数据采集与读取 • 方法及数据分析
电离层简介
• 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。
和F2层。 ① F1层（离地面约130～210公里）：
白天，峰值密度NmF1及其相应高度hmF1的 典型值分别为2×10厘米和180公里。F1层峰 形夜间消失，中纬度F1层只出现于夏季，在 太阳活动高年和电离层暴时，F1层变得明显。
② F2层（离地面约210公里以上）：反射无 线电信号或影响无线电波传播条件的主要区 域，其上边界与磁层相接。白天，峰值密度 NmF2及其相应高度hmF2的典型值分别为10 厘米；夜间，NmF2一般仍达5×10厘米。在 任何季节，NmF2的正午值都与太阳活动性 正相关。hmF2与太阳活动性一般也有正相 关关系，除赤道地区外，夜间值高于白天值。
预报性
否
是 是 是 否
局限性 双频，伪距 双频，载波相位 双频，多普勒频移 中纬度范围 较少采用中国资料， 参数偏差 中纬度范围 中纬度范围
双频改正法
双频伪距法
双频载波相位法
见课件第六章 ——改进公式
但采用这种观测值时会碰到一个偏差项( N1λ1 -N2λ2) 即L 4 的模糊度Amb 的问题。
E层 离地面约90～130公里。 白天，峰值密度NmE及其相应高 度hmE的典型值分别为10厘米和 115公里。NmE的昼夜、季节和太 阳活动周期三种变化，分别于中 午、夏季和活动高年达到最大值。 夜间，NmE下降，hmE上升； NmE≈5×10厘米，hmE的变化幅度 一般不超过20公里。
F层 离地面约130公里以上，可再分为F1
模型法
Bent模型 IRI模型 Klobuchar模型
Bent模型
Bent 模型属于经验模型,由美国的Rodney Bent 和 Sigridlewellyn 于1973 年提出。在该模型中,电离层的上部用3 个指数层和一个抛物线层来逼近,下部则用双抛物线层来近似。用 该模型可计算1000km 以下的电子密度垂直剖面图,获得VTEC (Vertical Total Elect ron Content ,天顶方向的总电子含量) 等参数,从而可求得电离层延迟等数据。
电离层扰乱
• X射线：突发电离层骚扰
– 太阳活跃时期强烈的耀斑发生时硬X射线会射击到地球。这 些射线可以一直穿透到D层，在这里迅速导致大量自由电子， 这些电子吸收高频（3-30MHz）电波，导致无线电中断。X 射线结束后D层电子迅速被捕获，无线电中断很快就会结束， 信号恢复。
• 质子：极冠吸收
– 耀斑同时也释放高能质子。这些质子在耀斑爆发后15分钟至 2小时内到达地球。这些质子沿地球磁场线螺旋在磁极附近 撞击地球大气层，提高D层和E层的电离。
•IRI（International Reference Ionosphere）模型 •Klobuchar模型
方法比较
方法 双频伪距 双频载波相位 双频多普勒效应
Bent IRI Klobuchar Geogiadiou
复杂度
简单
较简单 较简单 简单 简单
误差改正比例
90%
60% 60% 50-60% 高于Klobuchar