【正文】 ecision 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.。 (4) How to improve the effectiveness of correcting ionospheric delays for WAAS’s users under adverse conditions. (5) How to establish the basic theory and the corresponding framework of monitoring the stochastic ionospheric disturbance using GPS (6) How to improve the modelling ability of ionospheric delay according to its diurnal, seasonal, annual variations based on GPS。 (2) How to separate the instrumental biases with the ionospheric delays in GPS observation。地面 GPS 數(shù)據(jù)進(jìn)行的兩個(gè)初步模擬計(jì)算結(jié)果顯示，利用 APRII 可滿足低軌衛(wèi)星等低軌航天器精密測(cè)軌時(shí)的電離層延遲的高精度改正要求。初步的精度估算和試 算結(jié)果表明，這種在局部區(qū)域進(jìn)行有效電離層分層的設(shè)想及給出的實(shí)施方法是可行的。同時(shí)，由于它具有很好的描述和區(qū)分電離層日間和夜間的能力，所以很適合模擬高動(dòng)態(tài)低 軌衛(wèi)星的星載單頻 GPS 觀測(cè)數(shù)據(jù)的電離層延遲的變化特性。電離層蝕因子及其影響因子，能夠根據(jù)電離層隨周日、季節(jié)、半年和周年的變化，將適應(yīng)于不同季節(jié)的電離層延遲模型有效結(jié)合起來。試驗(yàn)結(jié)果表明，利用 ACEVS 研究基于 GPS的隨機(jī)電離層活動(dòng)的監(jiān)測(cè)方法的設(shè)想是基本可行的；所給出的框架方案可作為設(shè)計(jì)各類利用單臺(tái) (靜、動(dòng)態(tài) )雙頻 GPS 接收機(jī)監(jiān)測(cè)電離層活動(dòng)的方法的參考方案之一。 以上方法盡管是針對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)要求提出的，但它完全可用于后處理情況。具體包括： 1）研究變樣本自協(xié)方差估計(jì) (ACEVS)理論 從一般的數(shù)學(xué)意義上建立了 ACEVS 的基本模型，并在進(jìn)一步擴(kuò)展白噪聲理論的基礎(chǔ)上，得到了 ACEVS 估計(jì)的理論和簡(jiǎn)化解式，即變樣本自協(xié)方差估計(jì)的統(tǒng)計(jì)模型參 數(shù)估計(jì)解式，進(jìn)而建立了隨機(jī)信號(hào)擾動(dòng)的診斷準(zhǔn)則。 APRI方案的實(shí)施，不需改變 WAAS 原有的整體設(shè)計(jì)思想，對(duì)硬件無新的要求，只需對(duì)用戶 GPS 軟件稍加改進(jìn)，實(shí)施簡(jiǎn)便，是 WAAS 和單頻 GPS 用戶均可接受和易于實(shí)現(xiàn)的。 2）提出 APRI 方案 通過設(shè)計(jì)能有效結(jié)合電離層延遲絕對(duì)量和相對(duì)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(jì)公式；分析實(shí)施 APRI 方案的有效途徑。 針對(duì)這種狀況，我 們通過設(shè)計(jì)能有效結(jié)合電離層延遲絕對(duì)量和相對(duì)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(shí)時(shí)改正單頻 GPS 用戶電離層延遲的方法 — APRI 方案。這些問題在 WAAS 的實(shí)際運(yùn)行中是難以避免和必須解決的。在以上研究的的基礎(chǔ)上，估計(jì)了利用地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)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(qiáng)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(jìn)一步研究的問題。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(cè)碼數(shù)據(jù)，求出儀器偏差并對(duì)需要實(shí)時(shí)處理儀器偏差的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)報(bào)改正，直接利用觀測(cè)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(luò)系統(tǒng)確定電離層延遲的可行的參考方案。研究發(fā)現(xiàn)，新方法可有效克服噪聲對(duì)分離儀器偏差的影響，而 且儀器偏差相對(duì)穩(wěn)定并可有效進(jìn)行測(cè)段間及數(shù)日間預(yù)報(bào)。利用 GPS 觀測(cè)數(shù)據(jù)求解電離層模型或直接計(jì)算斜距電離層延遲時(shí)，都須慎重處理儀器偏差，不應(yīng)簡(jiǎn)單把其作為噪聲處理 。 （ 2）設(shè)計(jì)了幾種不同的計(jì)算方案，用于分析儀器偏差對(duì)確定電離層延遲的影響的特點(diǎn)。主要包括： （ 1）將參數(shù)固定的三角級(jí)數(shù)函數(shù)電離層模型，擴(kuò)展為更適用于理論研究和實(shí)際應(yīng)用的參數(shù)可調(diào)型廣義形式，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)電離層延遲時(shí)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。 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(cè)精確提取電離層延遲信息的各類因素。進(jìn)而論述了解決 GPS 的電離層延遲影響的重要性和切入點(diǎn)。、地球物理、空間物理和導(dǎo)航等領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程應(yīng)用中的若干重要 GPS 科研項(xiàng)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(bào)告的內(nèi)容，是我們研究工作的部分貢獻(xiàn)，主要涉及基于 GPS 的電離層監(jiān)測(cè)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(dòng)態(tài)單、雙頻用戶的電離層延遲影響，進(jìn)一步改善 GPS 測(cè)量的精度和可靠性；增強(qiáng)型 GPS 廣域差分系統(tǒng)的電離層模擬及利用 GPS 監(jiān)測(cè)電離層的理論和方法等方面 關(guān)鍵詞： GPS 的電離層監(jiān)測(cè) ， 電離層延遲 ， GPS 廣域差分 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(guān)基礎(chǔ)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(cè)技術(shù)與相關(guān)理論研究的內(nèi)容 ,現(xiàn)代大地測(cè)量中電離層問題的由來、嚴(yán)重性與新課題 , 地球電離層的基本特性及其對(duì)電波傳播的影響， GPS 定位的基本理論與方法，電離層延遲對(duì) GPS 測(cè)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。 二、具體研究 工作的系統(tǒng)報(bào)告，主要集中在以下幾方面 : ① 研究如何利用單臺(tái)雙頻 GPS 接收機(jī)的觀測(cè)信息確定電離層延遲改正模型，為小范圍的單頻用戶服務(wù)； ② 研究如何實(shí)時(shí)分離 GPS 觀測(cè)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(jìn)而初步設(shè)想利用中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)深入研究我國領(lǐng)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(cè)隨機(jī)電離層擾動(dòng)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(jìn)一步提高利用 GPS 模擬電離層 延遲的能力； ⑦ 研究如何實(shí)現(xiàn)星載單頻 GPS 低軌衛(wèi)星的精密測(cè)軌中的電離層延遲改正要求。通過對(duì)有關(guān)模型和方法問題的深入研究，進(jìn)一步提高了利用 GPS 提取電離層延遲信息的精度。試算結(jié)果表明，它能較好地反映電離層活動(dòng)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(wù)區(qū)域內(nèi)的單頻 GPS 用戶的電離層延遲。研究表明，儀器偏差對(duì)求解電離層延遲的影響遠(yuǎn)大于觀測(cè)噪聲的影響，給電離層延遲觀測(cè)值帶來高達(dá)數(shù)米的系統(tǒng)誤差。 （ 3）利用相位平滑測(cè)碼數(shù)據(jù)進(jìn)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。 （ 4）基于實(shí)時(shí)平均去噪和碼、相位觀測(cè)數(shù)據(jù)的加權(quán)聯(lián)合處理的思想，提出了一種實(shí)時(shí)分離儀器偏差和求解電離層延遲量的新方案。 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(shí)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(chǔ)上，為避免基準(zhǔn)站網(wǎng)的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)模型精度估計(jì)的影響，充分顧及電離層延遲影響的局部特性，進(jìn)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。 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