克里金内插方法和电离层延迟改正模型研究

发布时间：2017-06-28 14:23

  本文关键词：克里金内插方法和电离层延迟改正模型研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电离层作为日地空间环境重要的组成部分一直被学者们广泛研究,首先,电离层延迟对全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的导航和定位误差有着重要的影响,其次,利用GNSS监测电离层的变化活动是目前为止最为精确的监测手段。最后,人类对电离层的研究对于生活在地球上的我们意义非凡。本文重点研究了利用GPS双频观测值计算电离层穿刺点(Ionospheric Pierce Point,IPP)处垂直电子含量(Vertical Total Electron Content,VTEC)的原理和方法,分别选择某特定区域的若干个GPS监测站和全球169个监测站进行了区域和全球的电离层穿刺点VTEC的计算,利用克里金(Kriging)插值算法内插格网点电子含量数据,并在此基础上,比较了克里金插值、距离反比加权内插与IGS利用15阶球谐函数所计算格网点电子含量的差别,通过结果比较,证明了克里金插值算法较距离反比内插方法精度更高。此外,本文还对单频用户常用的电离层模型进行了研究,包括Klobuchar模型、NeQuick模型、NTCM-BC模型等,并得出一些结论。本文的主要研究内容如下:1.介绍了电离层的分层结构和研究历史,以及电离层对GPS信号伪距观测和载波相位观测产生的影响;2.对利用GPS双频观测值计算电离层穿刺点VTEC的原理和方法进行了详细的阐述,包括电离层穿刺点经纬度的计算,观测方程的建立,推导了其具体计算步骤,并获得了由GPS双频观测值计算穿刺点VTEC的程序实现;3.将地统计学中的克里金方法引入到了GPS计算电离层VTEC领域,研究了适合电离层电子含量数据的变异函数模型。比较了距离反比内插和Kriging插值以及GIM的15阶球谐函数模型绘制电离层地图的精度,通过实例,验证了克里金插值算法较距离反比加权内插的效果更好。4.比较了Klobuchar、NeQuick和NTCM-BC三种模型,并得出NTCM-BC模型和NeQuick模型在一定程度上较Klobuchar模型精度更高的结论。
【关键词】：全球定位系统 电离层 垂直总电子含量 克里金 电离层延迟改正模型
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 本文的研究背景10-13
• 1.2 本文的研究意义13-15
• 1.3 本文的研究内容15-17
• 第2章 电离层概述及对GPS信号的影响17-27
• 2.1 电离层研究的发展史17-18
• 2.2 电离层的形成与结构18-20
• 2.2.1 电离层的形成18
• 2.2.2 电离层的分层结构18-20
• 2.3 电离层对GPS信号传播的影响20-26
• 2.3.1 电离层折射指数20-22
• 2.3.2 电离层对GPS信号的影响22-23
• 2.3.3 总电子含量（TEC）与垂直总电子含量（VTEC）23-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 利用GPS双频观测值计算电离层TEC原理与方法27-47
• 3.1 GPS坐标系统和电离层的参考系27-30
• 3.1.1 GPS坐标系统27-28
• 3.1.2 电离层参考系28-30
• 3.2 GPS时间系统30-32
• 3.2.1 原子时（Atomic Time-AT）30
• 3.2.2 协调世界时（Coordinate Universal Time-UTC）30
• 3.2.3 GPS时（GPST）30-31
• 3.2.4 平太阳时（Mean Solar Time）31-32
• 3.3 电离层穿刺点经纬度的计算32-36
• 3.3.1 卫星高度角和方位角计算32-33
• 3.3.2 电离层足下点的地理经纬度计算33-34
• 3.3.3 电离层足下点的地磁纬度的计算34
• 3.3.4 电离层穿刺点IPP的地理纬度的计算34-36
• 3.4 穿刺点电子含量计算36-41
• 3.4.1 IONEX文件36-39
• 3.4.2 时间内插和空间内插算法39-41
• 3.5 利用观测数据测定VTEC41-46
• 3.5.1 利用双频伪距观测值计算42-43
• 3.5.2 利用双频载波相位观测值计算43
• 3.5.3 VTEC模型的建立43-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 电离层格网VTEC的插值计算47-62
• 4.1 电离层的格网算法47-49
• 4.1.1 距离反比加权插值法47-48
• 4.1.2 克里金插值法48-49
• 4.2 实例格网插值结果的对比分析49-60
• 4.2.1 计算数据来源49
• 4.2.2 克里金插值变异函数的拟合49-50
• 4.2.3 利用克里金计算格网估值50-57
• 4.2.4 VTEC地图比较57-60
• 4.3 本章小结60-62
• 第5章 GNSS电离层模型与应用62-75
• 5.1 常用电离层模型62-66
• 5.1.1 Klobuchar模型62-63
• 5.1.2 NeQuick模型63-65
• 5.1.3 NTCM-BC模型65-66
• 5.2 三种电离层模型的比较66-74
• 5.2.1 电离层模型计算电离层地图66-70
• 5.2.2 电离层模型计算STEC70-72
• 5.2.3 电离层模型单点定位72-74
• 5.3 本章小结74-75
• 第6章 结论与展望75-77
• 6.1 论文结论75-76
• 6.2 不足与展望76-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-82

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1 王刚,魏子卿;格网电离层延迟模型的建立方法与试算结果[J];测绘通报;2000年09期

2 何玉晶;杨力;徐周;;区域电离层延迟的时空变化分析[J];海洋测绘;2006年01期

3 章红平;平劲松;朱文耀;黄s，

本文编号：494204