【文章內(nèi)容簡介】 reliminary experimental results show that the correction accuracy of the ionospheric delay modeled by IEFM is very close to that of using the ionosphere free observation to correct directly the ionospheric delay, that is, the precision of using IEFM to model ionospheric delay for single GPS users seems to has a breakthrough improvement and be similar to that of using the corresponding dual frequency GPS data to correct directly the ionospheric delays. The IEFM also suits to model the ionospheric delays for a kinematic based–single GPS receiver embeded in lowearth satellite with high rapid due to its good ability in distinguishing the daytime and nighttime of the earth ionosphere for an IPP. 6 A new strategy of correcting ionospheric delay for highprecision orbit determination for lowearth satellite using a single frequency GPS receiver the APRII scheme, ., Spacebased APR scheme Analyzed the shortings of using the previous methods to divide with high accuracy the earth ionosphere into different layers. Used GPS data to model global ionospheric TEC. Established a high precision grid ionospheric model. Discussed the possibility of finding out some local areas whose ionospheric construction and action have relatively better obvious law with respect to the other areas on a global scale. Designed a scheme for bining GPSgrounded data with GPSspaced data to divide efficiently the ionosphere into some layers. Given the corresponding formula of estimating the precision of the scheme. The preliminary precision estimation and the experimental results show the possibility and property of the above idea of dividing ionosphere into different layers according to application requirement and its implementation scheme. Based on the above research, the APRII scheme is presented which is a new and bined method of correcting the ionospheric delays of highprecision orbit determination for lowearth satellite using a single frequency GPS receiver. The preliminary experimental results based on two different sets of GPSgrounded data show that the APRII scheme can provide the effective ionospheric delay correction for highprecision orbit determination for lowearth satellite. 中文翻譯 根據(jù)當前大地測量、地球物理、空間物理和導航等領域的科學研究和工程應用中的若干重要 GPS 科研項目的需要，近年來，我們系統(tǒng)研究了電離層延遲的高精度模擬和改正方法。本文報告的內(nèi)容，是我們研究工作的部分貢獻，主要涉及基于 GPS 的電離層監(jiān)測及延遲的高精度改正的理論與方法的研究：如何通過修正靜、動態(tài)單、雙頻用戶的電離層延遲影響，進一步 改善 GPS 測量的精度和可靠性；增強型 GPS 廣域差分系統(tǒng)的電離層模擬及利用 GPS 監(jiān)測電離層的理論和方法等方面。 本文主要包括兩方面的內(nèi)容： 一、研究背景的一般性描述及相關基礎研究的系統(tǒng)總結(jié)和介紹 ,主要涉及：地球電離層研究意義 , 地球電離層探測技術與相關理論研究的內(nèi)容 ,現(xiàn)代大地測量中電離層問題的由來、嚴重性與新課題 , 地球電離層的基本特性及其對電波傳播的影響， GPS 定位的基本理論與方法，電離層延遲對 GPS 測量的影響， GPS 的電離層延遲改正的基本方法，基于 GPS 的電離層研究的基本原理與方法等。進而論述了解決 GPS 的電離層延遲影響的重要性和切入點。 二、具體研究工作的系統(tǒng)報告，主要集中在以下幾方面 : ① 研究如何利用單臺雙頻 GPS 接收機的觀測信息確定電離層延遲改正模型，為小范圍的單頻用戶服務； ② 研究如何實時分離 GPS 觀測中的儀器偏差與電離層延遲； ③ 研究如何建立較大區(qū)域的電離層格網(wǎng)模型，進而初步設想利用中國地殼運動觀測網(wǎng)絡深入研究我國領域的電離層的電子濃度變化規(guī)律； ④ 研究單頻用戶在不利條件下，如何更好地利用電離層延遲改正信息； ⑤ 研究利用 GPS 監(jiān)測隨機電離層擾動的基本理論和框架方案； ⑥ 研究如何綜合顧及電離層的 周日、季節(jié)和年變化，進一步提高利用 GPS 模擬電離層延遲的能力； ⑦ 研究如何實現(xiàn)星載單頻 GPS 低軌衛(wèi)星的精密測軌中的電離層延遲改正要求。 1. (局部 )電離層延遲的高精度提取 系統(tǒng)論述和分析了影響利用 GPS 觀測精確提取電離層延遲信息的各類因素。通過對有關模型和方法問題的深入研究，進一步提高了利用 GPS 提取電離層延遲信息的精度。主要包括： （ 1）將參數(shù)固定的三角級數(shù)函數(shù)電離層模型，擴展為更適用于理論研究和實際應用的參數(shù)可調(diào)型廣義形式，實現(xiàn)了根據(jù)電離層延遲時空變化特征，選擇不同的特征參數(shù)模擬電離層延遲的影響。試算 結(jié)果表明，它能較好地反映電離層活動特性，提高了局部電離層延遲模擬能力，適用于 DGPS 系統(tǒng)修正其服務區(qū)域內(nèi)的單頻 GPS 用戶的電離層延遲。 （ 2）設計了幾種不同的計算方案，用于分析儀器偏差對確定電離層延遲的影響的特點。研究表明，儀器偏差對求解電離層延遲的影響遠大于觀測噪聲的影響，給電離層延遲觀測值帶來高達數(shù)米的系統(tǒng)誤差。利用 GPS 觀測數(shù)據(jù)求解電離層模型或直接計算斜距電離層延遲時，都須慎重處理儀器偏差，不應簡單把其作為噪聲處理 。 （ 3）利用相位平滑測碼數(shù)據(jù)進一步精化了儀器偏差分離方法，探討了儀器偏差的穩(wěn)定性。研究 發(fā)現(xiàn)，新方法可有效克服噪聲對分離儀器偏差的影響，而且儀器偏差相對穩(wěn)定并可有效進行測段間及數(shù)日間預報。 （ 4）基于實時平均去噪和碼、相位觀測數(shù)據(jù)的加權聯(lián)合處理的思想，提出了一種實時分離儀器偏差和求解電離層延遲量的新方案。算例表明，新方法通過采用平均去噪分離方法后處理相位平滑測碼數(shù)據(jù)，求出儀器偏差并對需要實時處理儀器偏差的觀測數(shù)據(jù)進行預報改正，直接利用觀測值確定電離層延遲量，待估參數(shù)少、能消除儀器偏差的大部分影響，具有較好的精度，可作為 WAAS 及其他GPS 網(wǎng)絡系統(tǒng)確定電離層延遲的可行的參考方案。 2. 一種構(gòu)建 大規(guī)模 (區(qū)域性和全球性 )高精度格網(wǎng)電離層模型的新方法 —— 站際分區(qū)法及其在中國的初步實現(xiàn) 在系統(tǒng)深入研究了格網(wǎng)電離層模型建立原理與方法的基礎上，為避免基準站網(wǎng)的幾何結(jié)構(gòu)對模型精度估計的影響，充分顧及電離層延遲影響的局部特性，進一步提高格網(wǎng)電離層模型的構(gòu)建精度，提出了一種新的格網(wǎng)電離層模型構(gòu)建方法—— 站際分區(qū)格網(wǎng)法。在以上研究的的基礎上，估計了利用地殼運動觀測網(wǎng)絡的基準網(wǎng)建立格網(wǎng)電離層模型的精度，初步探討中國域內(nèi)擬建立的廣域差分 GPS增強系統(tǒng)，采用格網(wǎng)電離層模型提供電離層改正信息的可行性及有待進一步研究的問題 。 3. 不利條件下為 WAAS 的單頻 GPS 用戶提供電離層延遲改正 的新方法 —— APRI 方案 在正常條件和平靜電離層區(qū)域， WAAS 能夠滿足單頻用戶的電離層延遲改正要求，但當用戶無法正常獲取電離層延遲改正信息時，如在差分系統(tǒng)突然中斷信息發(fā)送或用戶步入無法正常接收差分改正信息的位置等不利條件下，單頻 GPS 接收機不能有效進行實時電離層延遲改正，尤其在電離層活動異常區(qū)域如電離層擾動條件下，實時差分改正效果將受到嚴重影響。這些問題在 WAAS 的實際運行中是難以避免和必須解決的。而以往的研究結(jié)果，均為后處理方法，不能滿足 (準 )實時處理電離層擾動的要求。 針對這種狀況，我們通過設計能有效結(jié)合電離層延遲絕對量和相對變化量的抗差遞推過程，提出了一種可在以上不利條件下有效實時改正單頻 GPS 用戶電離層延遲的方法 — APRI 方案。 1）構(gòu)建 APRI 方案的理論依據(jù) WAAS 正常運轉(zhuǎn)和正常條件下可提供高精度的電離層延遲改正信息 (絕對量 )，而 WAAS 所服務區(qū)域內(nèi)的單頻 GPS 接收機在不利條件下也能有效提供電離層延遲變化量 (相對量 )，且在不考慮噪聲影響，可直接計算任意兩觀測歷元間的電離層變化量的近似值。 2）提出 APRI 方案 通過設計能有效 結(jié)合電離層延遲絕對量和相對變化量的抗差遞推過程，研究了一種新的單頻 GPS 電離層延遲改正方案 (稱為 APR 方案 ,即 Absolute Plus Relative Scheme)；給出了 APRI 方案的精度估計公式；分析實施 APRI 方案的有效途徑。 研究表明，新方案既保留正常條件下差分電離層延遲信息的精確改正效果，也確保了在不利條件下單頻 GPS用戶的電離層延遲改正效果。 APRI方案的實施，不需改變 WAAS 原有的整體設計思想，對硬件無新的要求，只需對用戶 GPS 軟件稍加改進，實施簡便，是 WAAS 和單頻 GPS 用戶均可 接受和易于實現(xiàn)的。 4. 檢測隨機信號的新理論 —— 變樣本自協(xié)方差估計的提出 及其在 GPS 監(jiān)測隨機電離層擾動中的應用 根據(jù) GPS 時序觀測的特點，通過設計先研究樣本時序變化時隨機電離層折射的自協(xié)方差估計的統(tǒng)計特性，再探討利用 GPS 實時監(jiān)測電離層活動的新方法的思路，從基礎理論的提出到框架方案的建立，系統(tǒng)深入研究了利用 GPS 監(jiān)測隨機電離層擾動的基本理論與方法。具體包括： 1）研究變樣本自協(xié)方差估計 (ACEVS)理論 從一般的數(shù)學意義上建立了 ACEVS 的基本模型，并在進一步擴展白噪聲理論的基礎上，得到了 ACEVS 估計 的理論和簡化解式，即變樣本自協(xié)方差估計的統(tǒng)計模型參數(shù)估計解式，進而建立了隨機信號擾動的診斷準則。 2） ACEVS 估計應用于 GPS 電離層監(jiān)測的可行性的理論證明與模擬分析 不僅從理論上證明了 ACEVS 應用于 GPS 電離層監(jiān)測的可行性，而且利用雙頻GPS 數(shù)據(jù)也成功地模擬了隨機電離層折射的 ACEVS 估計的特性，并發(fā)現(xiàn)，變樣本自協(xié)方差估計的統(tǒng)計特性對隨機電離層延遲變化是敏感的；初步討論和分析了GPS 觀測提供的 TEC 變化也適用于 ACEVS 方法應用條件 . 3）建立利用 GPS 監(jiān)測隨機電離層擾動的框架方案 綜合 ACEVS理論及 相關的結(jié)論和 GPS時序采樣的特點，初步給出一種基于 GPS的電離層擾動監(jiān)測的框架方案。 以上方法盡管是針對實時監(jiān)測要求提出的，但它完全可用于后處理情況。電離層擾動的 GPS 探測方案，主要分后處理和實時兩種情況，靜、動態(tài)實時方案基本相同，差別主要取決于硬件要求。試驗結(jié)果表明，利用 ACEVS 研究基于 GPS的隨機電離層活動的監(jiān)測方法的設想是基本可行的；所給出的框架方案可作為設計各類利用單臺 (靜、動態(tài) )雙頻 GPS 接收機監(jiān)測電離層活動的方法的參考方案之一。 5. 利用 GPS 數(shù)據(jù)精確模擬電離層延遲的新構(gòu)想 —— 電離層蝕因子 法及初步實現(xiàn) 提出了 IPP點的電離層蝕因子及其影響因子的概念，給出了簡便的計算方法，進而提出了一