应用球冠谐分析的多GNSS系统电离层格网模型研究

The study and applications of Ionospheric grid models are all based on GPS data recently. In this project, we will study the method of processing multi-GNSSS data upon real COMPASS data and explore the realization of Ionospheric modeling with multi-GNSS data. We will focus on the researching of Spherical Cap Harmonic Analysis (SCHA) and try to propose the correction method for the medium- and low-latitude ionospheric anomalies by the application of SCHA. This is important to improve the accuracy of Ionospheric model and it is the foundational study of high-precisely Ionospheric model suitable for our satellite navigation system in the real situation, which would be a very important technology for the navigation system construction of our country. In this project, real multi-GNSS data would be applied to study the algorithm of Ionospheric model, the accuracy of prior models are studied and verified. From which a novel realistic algorithm would be proposed . The study is very meaningful for the improving of services accuracy and the construction of satellite navigation system.

目前对电离层格网模型的实用研究和应用主要基于GPS数据，本研究将基于我国卫星导航系统实测数据，开展北斗与其它GNSS系统数据融合方法研究，为实现应用多导航系统联合解算电离层模型进行探索；基于对球冠谐分析方法的研究，探索电离层中低纬度异常修正方法，进一步提高电离层模型精度，开展适应于我国卫星导航系统实际情况的高精度电离层格网模型研究，为我国卫星导航系统建设提供重要参考依据；本研究率先利用以北斗为主的多GNSS实测数据，对电离层格网模型算法开展深入研究，并对现有的电离层格网模型的精度进行研究和验证，提出具有符合实际和创新的算法，为推进我国卫星导航系统建设和提高卫星导航系统服务精度具有重要战略意义。

电离层延迟误差由于变化复杂并且难以预报，成为影响GNSS测量精度的最主要误差源之一。GNSS增强系统通过提供高精度、高实时性的电离层格网改正信息，有效地提高电离层模型时空分辨率，为普遍使用的单频用户提供高精度的电离层延迟改正信息。本课题对球冠谐分析的理论基础进行深入研究，推导出球冠谐分析处理的关键算法，获得高精度非整阶勒让德函数边界条件解，并研究了改进球冠谐分析方法；对建立多GNSS系统电离层格网模型的数据融合处理进行研究，研究了不同系统硬件延迟偏差处理策略，并分析了相应处理精度和稳定性；针对GEO/IGSO/MEO不同类型导航卫星，研究了高精度伪距多径误差实时修正算法，将伪距实时处理精度提高了约60%。利用球冠谐分析方法建立了高精度电离层格网模型，并与现有基于Klobuchar的IDW算法模型进行了比较分析。研究结果显示，为提高中国中低纬电离层严重倾斜区域的格网改正精度，采用传统IDW模型，需采用2.5度×5度的加密格网分辨率。利用基于球冠谐分析的格网模型，采用5度×5度的格网模型，单频用户定位精度达到3-4米，在使用更少带宽资源的条件下，达到与加密格网模型相当的改正精度，并且在监测分布稀疏的服务边缘区域，模型精度更高，将单频用户定位精度提高约10%左右。研究成果建立并检验了适应于我国卫星导航系统的电离层改正模型，可为我国新一代星基增强系统建设提供参考。