几种电离层模型折射修正效果检验_陈学军
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。该模型的输入参数为日期、时间、测站的粗略位置、太阳辐射流量及太阳黑子数等。 （二）、国际参考电离层模型 1978年国际无线电科学联盟和空间研究委员会建立并公布了一个电离层经验模型——国际参考电离层模型（IRI1978）。该模型给出了1000km以下的电离
短波的天波传播衰减预测模型
短波的天波传播衰减预测模型 2010-12-09 14:36:31 来源：维库开发网 关键字：短波天波传播衰减预测模型ITU-R P.533-7 建立短波天波传播衰减预测的计算模型，为保障短波通信电路的可靠性提供参考依据，建立的方法主要依据ITU-R P.533-7。首先进行传播路径的判别，进而进行频率预测，最后建立传播衰减计算模型并与文献结果进行比对，两者有较好的一致性。频率预测部分摒弃了ITU-R P.533-7中的全球预测方法，采用了对我国来说较为准确的亚大方法。 天波是指经电离层反射而传播的波，亦称电离层波。电离层是太阳辐射构成的，一年四季乃至每时每刻太阳照射的强弱都在变化，因此各地电离层的情况各有所异。电离层的电离条件不断变化，使通过天波传播的短波信道并不稳定，它实质上是一种时变的色散信道。短波信道的路径衰耗、时延散布、大气噪声和干扰等均随时间、地点、季节、昼夜以及频率的不同而不断地变化。因此，在短波通信中，为了保障通信可靠性，有必要对每一个具体的通信电路进行天波频率及传播衰减的预测。本文就是在ITU-R P.533-7推荐建议的基础上建立了短波天波传播衰减的计算模型，并将计算结果与参考文献比对后进行了软件仿真实现。 1 天波传播路径的判别 短波天波主要靠电离层的反射进行远距离的传播，电离层是分层的，其范围大约从地球表面上空50 km处一直延伸到2 000 km左右，按照电子浓度的分布情况，电离层通常分3层，由下向上分别称为D层、E层和F层。白天，F层还可细分为F1层和F2层，F2层位于地面 上空220 km以上，对短波通信起主要作用。短波天波传播路径主要依靠E层及F2层的反射来确定。 在短波通信的收发点位置确定以后，依靠E层及F2层反射的最少跳数由式(1)确定。 2 传播路径上各反射点的频率预测 欲建立可靠的短波通信，不能在短波频段内任意选择一个频率。在给定距离和方向的路径上，在一定时间内短波通信只能用一个有限的频带，对于长时间的短波通信电路，通常需要几种频率以便在不同的时间内供选用。当考虑了最主要的影响天波传播的传播条件后，可
区域电离层建模
区域电离层建模 摘要：电离层延迟误差是GPS 定位中的一项重要误差源，自从2000年5月美国取消了SA 政策后，电离层延迟误差改正显得尤为重要。通常我们都是选取合适的模型来消除电离层，本文的目的就是系统性论述电离层常用模型，已经对某个特定区域进行TEC 建模的方法，并用数据进行了验证。 关键字：电离层；误差；TEC ；建模 引言 电离层是高度在60-1000km 间的大气层，当GPS 卫星所发射的信号穿过电离层时，其传播速度会发生变化，变化程度取决于电离层中的电子密度和信号频率，从而使得信号的传播时间' t ?乘上真空中的光速c 后所得到的距离' ρ不等于从信号源至接收机的几何距离ρ，其造成的误差一般在白天可达15m ，夜晚可达3m ；在天顶方向最大可达50m ，在水平方向最大可达150m ，因此必须对电离层延迟加以改正。 一、电离层介绍 电离层是一种含有较高密度电子的弥散性介质，电磁波在电离层中的传播速度G V 与群折射率G n 为： )28.401(2--== f N C n C v e G G 式中，e N 表示电子密度（电子数/3 m ），f 为信号的频率（Hz ），C 为真空中的光速。 在进行伪据测量时，P 码以群速度G V 在电离层中传播，若伪据测量中测得信号的传播时间为t ?，那么卫星值接收机的真正距离ρ为： ds N f C ds N f C t C dt V s e s e t G ???-=-?==?''2228 .4028 .40ρρ 由上式可以看出，电离层延迟的大小与电离层中的电子密度（TEC ），令 ?=s e dS N TEC
则我们称TEC 为总电子含量。它表示沿着卫星信号传播路径s 对电子密度e N 进行积分。由此可见电离层改正的大小主要取决于信号传播路径上电子总量和信号频率。 由公式可知，伪据测量中的电离层群延迟改正g )(ion ?为： TEC f G ion 2 4028 .0)()(- =?米 式中，TEC 以16 10个电子/3 m 为单位，信号频率f 以GHz 为单位，其电离层延迟改正分别为： TEC m TEC m L ion L ion 267286.0)()(162292.0)()(21=?=? 根据电离层特性，TEC 主要集中在电离层的F 层，他在300km~500km 达到最大值，因此我们假定F 层的某一个高度处，所有的自由电子大部分都集中在一个厚度为无限薄的球壳上，距离地面约为375km ，此即电离层单层模型SLM 。若把接收机和卫星连线与电离层壳层的交点成为穿刺点，那么就可以根据卫星和测站位置求得穿刺点IPP 的经纬度。 P 在天顶上的TEC 全部集中在P ’点上，从卫星S 到接收机R ，GPS 信号的电离层延迟都发生在P ’上，延迟大小取决于P ’处天顶方向的总电子含量VTEC 和信号方向在P ’处的天顶距。由几何关系可得： 'sec 28.402 z f VTEC d ion ± =? 测站中心以及穿刺点在地心的张角 )cos arcsin( 2 E H R R E PP +--= ψπ 其中R 为地球半径，E 为卫星高度角，H 为电离层单层的高度。则穿刺点的经纬度为： ) cos cos sin arcsin( )cos sin cos cos arcsin(sin PP PP PP PP PP PP A B A B L ?λ?ψ+=ψ+ψ= 对于双频伪据观测值，有 δ ρδ ρ+-=+-=TEC P TEC P 267286.02162292.01 式中，δ为卫星和接收机的的硬件延迟。
电离层简析
电离层简析 07084017 强龙 摘要： 此论文主要针对电离层模型作用及其概念论述的一些观点，希望借此让自己对电离层有更好地了解。 引言： 包围地球的是厚达两万多千米的大气层，起运动的、变化对无线电波传播有很大的影响，对人类的生存也起着至关重要的影响，由其是电离层起着保护人类的作用。研究电离层对我们的重要性不言而喻。 1899年特斯拉试图使用电离层进行远距无线能量传送。他在地面和电离层所谓的科诺尔里亥维赛层之间发送极低频率波。基于他的试验的基础上他进行了数学计算，他对这个区域的共振频率的计算与今天的试验结果相差不到15%。1950年代学者确认这个共振频率为6.8Hz。 1901.12.12古列尔莫·马可尼首次收获跨大西洋的信号传送。马可尼使用了一个通过风筝竖起的400英尺长的天线。在英国的发送站使用的频率约为500kHz，其功率为到那时为止所有发送机的100倍。收到的信号为摩尔斯电码中的S（三点）。要跨越大西洋，这个信号必须两次被电离层反射。继续理论计算和今天的试验有人怀疑马可尼的结果，但是1902年马可尼无疑地达到了跨大西洋传播。 1902年奥利弗·黑维塞提出了电离层中的科诺尔里亥维赛层的理论。这个理论说明电波可以绕过地球的球面。这个理论加上普朗克的黑体辐射理论能阻碍了射电天文学的发展。事实上一直到1932年人类才探测到来自天体的无线电波。1902年亚瑟·肯乃利(Arthur Kennelly)还发现了电离层的一些电波-电子特性。 1912年美国国会通过1912年广播法案，下令业余电台只能在1.5MHz以上工作。当时政府认为这以上的频率无用。致使1923年使用电离层传播高频无线电波的发现。 1947年爱德华·阿普尔顿因于1927年证实电离层的存在获得诺贝尔物理学奖。莫里斯·维尔克斯和约翰·拉克利夫研究了i长波长电波在电离层的传播。维塔利·金兹堡提出了电磁波在电离层这样的等离子体内的传播的理论。 正文： 离地面约10~12km以内的空间里是大气的对流层。是由于地面吸收太阳辐射能量而向上传输热能形成强烈的对流而形成的。顶部气温大概在-50oC左右，大气3/4的质量和90%的水汽都集中在这层，几乎所有的气象现象都是在这一层发生的。离地面10~60km的空间气温会随高度略有增加，对流减弱，称为平流层，对电波传播影响很小。 平流层向上到1000km的区域称为电离层，主要是由自由电子、正离子、负离子、中性分子和原子等组成的等离子体。 电离层的由来： 太阳辐射的紫外线、X射线、高能带电微粒流、微流星及其他来自宇宙的射线电磁波，其中太阳中紫外线辐射是主要的原因，由于起带有大量带电粒子，所
电离层闪烁模型
ITU-R P.531-9建议书 卫星业务和系统设计中需要的 电离层传播数据和预测方法 （ITU-R 218/3号研究课题） （1978-1990-1992-1994-1997-1999-2001-2003-2005-2007年） 范围 ITU-R P.531建议书介绍了一种在0.1至12GHz频率范围内在地对空路径上评价电离层传播效应的方法。当信号通过电离层时，可能在地对空路径上发生以下效应： - 由于在路径上的地球磁场内电磁波与离子化媒质发生交互作用而导致的极化的旋转（法拉第旋转）；- 由于在路径上积累的总电子含量（TEC）而导致的信号成组延迟； - 由于电离层的小规模不规则结构而导致的幅度和相位的迅速变化（闪烁）； - 由于衍射而导致的到达方向的明显变化； - 由于非线性极化旋转和时延而导致的多普勒效应。 本建议书所述的数据和方法适用于在附件1所述的各有效范围内所进行的卫星系统规划工作。 国际电联无线电通信全会， 考虑到 a）电离层对至少12 GHz以下频率的传播有显著的影响； b）对3 GHz以下频率的非对地静止卫星轨道业务影响尤为显著； c）已经给出了经验数据和/或提出了建模方法，可用于预测卫星系统规划所需的电离层传播参数； d）电离层作用有可能影响综合业务数字网（ISDN）以及包括空间飞行器在内的其他无线电系统的设计和性能指标； e）已经发现这些数据和方法在传播现象自然变异性范围内可适用于卫星系统规划， 建议 1附件1中给出的数据和提出的方法在各自适用的范围内适用于规划卫星系统。
附件 1 1 引言 本附件涉及电离层传播对地—空路径的影响。从系统设计的角度来说，电离层效应可以归为以下几类： a）卫星移动业务（MSS）传输路径上积聚的电子总容量（TEC）渗透电离层可引起MSS载波的极化旋转（法拉第旋转）和信号时延，并且因为折射效应引起到达方向的变化； b）电离层的局部随机性，也就是通常所说的电离层不规则性，将进一步引起超量和随机的旋转以及信号时延，这些只能用随机术语进行描述； c）因为与旋转和时延相关的电子密度与频率的关系是非线性的，并且由于链路在局部不规则的电离层中的显著移入和移出产生的多普勒效应，a）和b）会进一步导致MSS载波的散射和群速度失真； d）此外，电离层的局部不规则性如聚焦或散焦的棱镜也会引起电波的会聚或发散。这些效应通常被称为闪烁，将引起MSS信号的幅度、相位和到达角的变化。 因为电离层物理特性复杂，上面提到的受电离层效应影响的系统参数不总是能用简单的分析公式简洁地表述。相关数据将以表格和/或图片的方式表达，并辅以进一步描述或限定性说明，在实际使用中这是最好的表述。 在考虑传播效应对3 GHz以下频率的MSS系统设计的影响时，必须认识到： e）与§f）和h）带来的影响相比，通常认为水汽现象对空—地传播路径的影响较小； f）自然表面或人为障碍物影响和/或在较低仰角情况下带来的近地表面多径效应通常比较严重； g）近地表面多径效应在各个地点的影响是不同的，因此在MSS系统设计中考虑全球范围内传播因素时，该效应不占主导地位； h）在全球范围内进行MSS系统设计时，电离层效应是需要考虑的最重要的传播因素。 2 背景 因太阳辐射而产生的地球电离层由几个离子化区域组成。从实际通信目的出发，电离层区域D、E、F 和电离区域顶端被认为有助于形成卫星和地面终端之间的TEC。 每个区域中的电离介质在空间上不均匀，在时间上也不稳定。一般而言，电离背景与有序的昼夜、季节和为期11年的太阳活动周期的更替相关，并且强烈依赖于地理位置和地磁活动。除电离背景之外，总是存在着被称为不规则性的高动态、小规模、非稳定的结构。电离背景和不规则性都将使无线电波恶化，进一步地还会使得折射率由频率决定，也即介质色散。
实时区域电离层TEC建模、预报及差分码偏差估计
实时区域电离层TEC建模、预报及差分码偏差估计 畅鑫，张伟 武汉大学测绘学院，武汉430079 摘要: 电离层总电子含量（TEC）模型对于导航，精密定位以及其他相关应用有重要意义，能否有效地消除或减弱电离层延迟误差关系到众多单频GNSS接收机用户导航与定位的精度与可靠性。目前中国连续地面参考运行（CORS）系统的高速发展给实时精确建立区域电离层模型提供了条件。本文将使用电离层残差组合观测值和低阶球谐函数模型对区域电离层TEC建模，同时估计差分码偏差（DCBs）和VTEC。广域定位中，由于区域跨度大，观测站分布较稀疏，平均站间距较大，故选择欧洲均匀分布的14个IGS观测站将组成一个大型的CORS网，VTEC模型系数15分钟结算一次，差分码偏差一天结算一组结果。在与IGS分析中心CODE发布模型的对比中得出，差分码偏差的差值的平均值小于0.35 ns，RMS 小于0.2 ns，VTEC差值基本小于2TECU，作为预报的VTEC模型精度95%在1TECU内，在单频单点伪距静态定位中，较之CODE模型也有较大改善。 关键词: CORS；电离层；区域模型；预报；总电子含量；差分码硬件偏差 1 引言 电离层总电子含量（TEC）及其变化不但是电离层形态学研究的重要资料，也是精密定位、导航和电波科学中电离层改正的重要参数，在美国取消SA政策后，电离层延迟成为了影响定位和导航的最大误差源。在精密定位中，电离层的准确估计将更好的改正GNSS观测值，同时高精度的电离层估计对空间大气、地球观测等方面都有重要意义[1,2]。IGS于1998年采用Schaer[3]等提出的电离层总电子含量数据交换格式文件IONEX，同年成立IGS电离层工作组发布了全球电离层图（GIM），提供卫星和接收机频率间码延迟偏差DCB信息。Gao Y.[1]等对二维单层模型和三维层析模型进行了对比分析。萧佐[4]对电离层模型进行了系统的分类，将电离层模型分为统计、经验及物理等几种。Schaer[5]结合CODE分析中心的全球电离层模型对利用GPS技术探测电离层理论进行了详细介绍。GPS电离层探测技术可以反演电离层变化，对电离层物理特性及其观测进行研究。张小红、李征航等[6]人对利用双频GPS观测数据建立电离层延迟模型进行了深入研究。袁运斌，欧吉坤[7]利用GPS研究了电离层延迟及电子浓度变化的规律。章红平[8]着重对利用地基GPS 进行电离层模型建立、数据分析处理，电离层时空变化的监测进行了研究。 GPS差分码偏差（Difference Code Bias，DCB）包括卫星端和接收机端差分码偏差，是指同时刻同频率或不同频率不同伪距码观测量之间的时间偏差。DCB是一个相对量，根据接收机的不同，可分为P1码/P2码、P1码/C1码及C1码/P2码等。差分码偏差直接影响C1码、P1码及P2码相对测量精度，该参数的精密确定对提高GPS精密单点定位精度、GPS时间同步精度以及GPS电离层监测精度等具有重要作用[9]。 近年来，随着我国CORS的迅猛发展，如何利用区域CORS数据高精度实时电离层模型，尤其是针对广域定位，观测站分布稀疏，站间距较大的情况下，准确消去电离层影响对提高单频接收机定位精度具有重要应用价值。本文将研究基于P4（电离层残差）组合，将卫星端和接收机端DCB作为参数参于球谐函数区域电离层建模的方法，准确估计区域电离层模型及DCBs，并探讨使用较短时间间隔确定的VTEC模型作为后一时段的预报模型的精度与可靠性，采用单频单点伪距静态定位检验其效果。 2 GPS电离层探测方法 电离层是由电离化的等离子体等组成的距地球表面50-2000km的大气层区域。根据电子密度可以分为高度不同的层，一般在350km电子密度达到峰值。对于二维电离层模型，一般采用薄壳模型，如图1将整个电离层压缩成一个高度为H没有厚度的薄壳[10]，以总电子含量TEC描述其性质，TEC是底面积为1m2的贯穿整个电离层的柱体中的自由电子数，通常用TECU（1 TECU=1016 Ne/m2）表示。
格网模型 1
2.4.2格网电离层模型 广域增强系统(WAAS)是由美国航空航天局为提高GPS 卫星导航系统在本地区的位置服务精度与可靠性而提出并且成功实施运行的系统，WAAS 建议采用格网电离层模型，其能够为单频接收机用户提供大范围、实时与精确的电离层延迟误差改正。 WAAS 把复杂的电离层视为距离地面约350公里的薄层，并把它作为地面站点及用户接收机共同的参考面。并将电离层参考面按55?的间隔划分成大量的网格单元。在广域增强系统的覆盖范围内分布着一定数目的基准观测站以及一个主控站，各基准观测站根据观测到的GPS 资料，实时地分离出卫星和接收机的仪器偏差与电离层延迟数据，然后提取出各电离层穿刺点处的精确垂向电离层延迟数据信息；主控站整合网络覆盖区域内所有观测基准站所有可视卫星的电离层穿刺点处的精确电离层TEC 信息，并通过一定的算法计算出电离层参考面上所有网格结点处的电离层垂向总电子含量(VTEC)，建立覆盖整个网络服务区的电离层格网模型，并分析格网模型的模型精度；主控站再将所有网格结点的电离层延迟数据以一定格式生成电文经由GEO 卫星播发给服务区域内的用户，用户接收机首先计算各可视卫星穿刺点的位置坐标，根据各穿刺点落入的网格单元所对应的GEO 卫星播发的格网点电离层延迟信息，按照一定算法解算出各可视卫星伪距观测中的电离层延迟误差量[26,36-37]。 （1）网格结点电离层的解算[38] 广域增强系统主控站首先接收其网络覆盖区域内的所有观测基准站发送的实时电离层延迟误差信息，其中包括所有基准站可视卫星电离层穿刺点的位置坐标及各穿刺点的电离层VTEC 信息，然后采用距离反比例加权算法解算出WAAS 整个网络覆盖区域内的所有网格结点的VTEC 值。 距离反比例加权法是基于空间相关性原理而来的，根据距离的远近赋予不同的权重系数，即所测穿刺点距离该格点越近权重值越大，越远权重值越小，然后整合相应格网点周围四个网格内的穿刺点VTEC 信息来估算出网格结点的垂直电离层延迟误差, 如图2.1。计算公式如下： 111/00i n n ion ij j i i ij ij ion i ion ij D d DR d d D D d ==?<
电离层模型精度比较
电离层模型精度比较 巩岩，韩保民 （山东理工大学建筑工程学院，山东淄博255049） 摘要：为了更好的进行电离层延迟改正，使用了常用电离层模型NeQuick模型和IRI 模型，随机选取某几天的某几个时刻进行数据处理，将得到的结果与IGS分析中心结果进行比较。结果表明，用不同的模型得到的TEC值不一样，精度不同，其中的精度更高。 关键字：NeQuick模型；IRI模型；TEC 众所周知，电离层是围绕地球的一层离子化的大气，它的电子密度、稳定程度和厚度等都在不断变化着，这些变化主要是受太阳活动的影响。太阳发生质量喷发时，可产生数以百万吨计的物质磁云飞入空间，当这些磁云到达地球电离层时，就会使电离层的电子密度发生很大变化，产生所谓的电离层暴，造成严峻的空间天气状况，严重时可以中断无线电通信系统和损害地球轨道卫星（如通信卫星）。当GPS信号传播到地球或低轨飞行器时，必须穿透电离层，此时就会产生路径延迟（等价于相应的延迟），而电离层延迟误差是GPS定位中的一项重要误差源，特别是2000年5月美国政府宣布取消了SA政策以后，电离层延迟被认为是影响GPS定位精度的最大误差源。因此对电离层活动的监测和预报，或许可以给出早期的预警信息，以便及时保护贵重的通信卫星，揭示太阳和电离层中某些现象发生的规律性，以及了解地球磁场及其他圈层变化和相互作用的规律。 1电离层模型方法与原理 电离层活动的监测很难建立完善的理论预报模型，目前大都采用统计规律及经验模型做预报，但准确率不高。电离层TEC的长期预报模式大致分两类，一种是利用NeQuick模型预测的电子密度计算TEC，二是利用IRI模型预测的电离层剖面计算电离层TEC。 1.1NeQuick模型 NeQuick模型是由意大利萨拉姆国际理论物理中心的高空物理和电波传播实验(ARPL OICTP, Trieste)与奥地利格拉茨大学的地球物理、气象和天体物理研究所(IGAM,U2niversity of Graz) 联合研究得到的新电离层模型, 该模型已经在欧空局EGNOS项目中使用, 并建议Galileo系统的单频用户采纳来修正电离层延迟。 NeQuick模型不仅可以计算任意点的垂直方向电子总含量和斜距方向上电子总含量，也可以用参数NmF2(F2层的电子密度)和hmF2(F2层峰值的高度)来表示给定时间和位置的电子浓度，从而得到电离层的垂直电子剖面图。该模型提供一种描述三维电离层图像新方法。在计算高度100km到hmF2电子浓度时，模型使用欧盟科技合作项目COST238和COST251中表示Ep stein层的DGR公式(Radicella and Leitinger, 2001)。这些参数值是时间和位置的函数，可以在国际电信联盟无线电部(ITUOR)的数据库中得到，该数据库提供各种参数的月平均值。 标准NeQuick模型在输入月份、地理纬度和经度、高程和协调世界时以后，可以给出卫星信号到接收机传播路径总电子含量或者是卫星与卫星之间总电子含量以及给出高度能到20000km的电离层垂直剖面图。模型同时还需要太阳活动参数： R12 (太阳黑子数每月平均
电波传播预测模型分析与研究
总第205期2011年第7期 舰船电子工程 Ship Electr onic Engineering V o l.31No.7 84 电波传播预测模型分析与研究* 刘 勇1) 周新力2) 金慧琴2) (海军航空工程学院研究生管理大队1) 烟台 264001)(海军航空工程学院电子信息工程系2) 烟台 264001) 摘 要 文章对O kumura H ata模型、CO ST231 H ata模型、Egli模型三种电波传播模型进行了简要分析。通过对某地的电波传播损耗进行测量得到实测数据,与预测模型仿真结果进行对比分析,对比结果显示COST231 Hate模型与实测值最接近,并且通过对COST231 H ate模型的修正,使得修正后的模型满足高精度电波传播模型的6dB要求,适合用于预测本地的电波传播。 关键词 电波传播;O kumura H ata模型;COST231 Hata模型;Eg li模型;模型修正 中图分类号 T N926 Analysis and Research of Radio Wave Propagation M odel L iu Y ong1) Z ho u X inli2) Jin Huiqin2) (Gr aduate Students Brig ade o f N AA U1),Y antai 264001) (Depar tment o f Electro nic and Informat ion Eng ineering of N A AU2),Y antai 264001) A bstract T hree radio w ave pr opagatio n models:O kumura H ata M odel,COST231 H ata M o del and Eg li M odel,are firstly pr esented in this article.O n site test pr opagat ion loss data ar e used to get simulat ions o n these mo dels,simulatio n re sults and actual data a re t hen co mpar ed,r esults show that COST231 Hata M odel has narr ow er err or band.T his art icle lastly modifies COST231 Hata M odel,to make the modified model has ev en hig her accur acy6d B w hen applied t o the pr ediction of local radio pr opagation. Key Words electromagnetic w ave pro pagation,Okumura Hata model,COST231 Hata model,Egli model,model cor rection Class Nu mber T N926 1 引言 随着军队信息化进程的加快,军事领域电磁应用日益广泛,电磁环境日益复杂,电磁空间的斗争会更加激烈并将对争夺未来战争主动权,乃至国家安全与战略利益拓展产生重大影响[1]。因此,在现代战争中,对战场电磁环境进行预测分析就显得极为重要。电波传播作为战场电磁环境预测分析领域中重要组成的一部分,因此开展对电波传播特性研究就显得格外重要。 2 电波传播预测模型 理想情况下,自由空间的电波传播损耗[2]为:L f=32.4+20lg d+20lg f,式中,f是载波频率,d 是发射机与接收机之间的距离。可以看出,自由空间传播损耗只与工作频率和传播距离有关。但是在现实环境中,由于传播路径上存在着各种影响,如高空电离层影响,高山、湖泊、海洋、地面建筑、植被以及地球曲面的影响等,因而电磁波具有反射、绕射、散射和波导传播等比自由空间复杂得多的传播方式。出于工程技术和军事应用上的需要,人们建立了很多复杂环境下的电波传播预测模型,目前常用的电波传播预测模型有Okumura H ata模型、COST231 H ata模型和Eg li模型。 2.1 Okumura H ate模型 Okum ura H ate模型[3~4]是根据测试数据统计 *收稿日期:2011年1月19日,修回日期:2011年2月23日 作者简介:刘勇,男,硕士研究生,研究方向:复杂战场电磁环境预测仿真。周新力,男,教授,博士生导师,研究方向:短波通信、战场电磁兼容。金慧琴,女,副教授,研究方向:短波通信、战场电磁兼容。
电离层误差模型的matlab代码
clear close all yes = 'y'; % Initialize the iono constants alpha and beta ionocon deg_to_rad = pi / 180.; % degrees to radians transformation % Read the input file containing satellites data (almanac) disp(' '); disp('Enter almanac data - the default is data file wk749.dat'); answer1 = input('Do you want to use the default data file? (y/n)[y] --> ','s'); if isempty(answer1) answer1 = yes; end disp(' '); if (strcmp(answer1,yes) == 1) ff = 'wk749.dat'; else ff = input('Specify the input filename (with extension) --> ','s'); disp(' '); end almanac = load(ff); [npt,nmax] = size(almanac); nr_sat = npt; % number of satellites in the almanac ind_sv = almanac(:,1); % id of the svs in the almanac % Read the geographic location for the test disp('Enter geographic location data - the default is the data file locat1.dat'); answer2 = input('Do you want to use the default data file? (y/n)[y] ','s'); if isempty(answer2) answer2 = yes; end if (strcmp(answer2,yes) == 1) fff = 'locat1.dat'; hh = load(fff); [npt,nmax] = size(hh); lat = hh(1); % only the first point is selected lon = hh(2); alt = hh(3); else lat = input('Enter latitude in degrees --> '); lon = input('Enter longitude in degrees --> '); alt = input('Enter altitude in meters --> '); end lat_rad = lat * deg_to_rad; % in radians lon_rad = lon * deg_to_rad; % in radians % Compute the geographic locations in ECEF
广义三角级数函数电离层延迟模型.pdf
! 月 广义三角级数函数电离层延迟模型" 袁运斌!欧吉坤 中国科学院测量与地球物理研究所!动力大地测量学重点实验室!武汉!"##$$ !% ##!’#@’($收稿!%##&’#(’#)收修改稿!"国家自然科学基金" 批准号#!#%#!##($+中国科学院知识创新工程领域前沿项目"批准号##"#(>&$和山东省基础地理信息与数字化技术重点实验室开放研究基金"A C %##"’&$资助,’-./0#^^6Y V 7!.7;G 5=G /Y Y 5.;5;3摘要!!研究一种参数可调的广义三角级数函数a J A ]$Y 939B .0/_9:8B /Y 34-98B /;79B /97b 23;8/43%电离层延迟模型5分析a J A ]模型在电离层研究特别是为单频用户提供延迟改正应用方面的特点5初步结果显示!较参数固定的三角级数函数J A ]$8B /Y 34-98B /;79B /97b 23;8/43%模型和目前广泛应用的多项式模型K H L g $V 40^34-/.0-4:90%模型!a J A ]模型能够更好的描述电离层J ,*变化特性!可望进一步提高基于a K A 的局部电离层延迟信息的确定精度5 关键词!!全球卫星定位系统#=8+$!广义三角级数函数#=,+U $!电离层延迟!电子总含量#,O I $!!基于a K A 计算全球和区域性的电离层延迟的精度!很大程度上取决于局部电离层延迟信息的确定 精度%(&( !’%许多科学研究工作和单频无线电定位用 户要求使用高精度的电离层延迟信息%这实质上! 就是要求精确提取局部电离层延迟信息%((&(!’ %实现 这一要求的最关键的因素是电离层延迟模型的合理选择%目前广泛应用的局部电离层模型!是多项式 模型K H L g "V 40^ 34-/.0-4:90$%(&&(>’%但K H L g 模型!一般只能在数小时的拟合过程中达到较好的精度%a 94B Y /.:427%(@’ 利用三角级数函数J A ]"8B /Y ’434-98B /;79B /97b 23;8/43 $进一步提高了局部电离层延迟周日变化特性的模拟能力%由于J A ]模型参数固定而且建立在地理参考系上!所以不能很好地反映局部电离层延迟的特性!也限制了电离层延迟的计算精度%为此!本文将其扩展为地磁参考系下+能够有效模拟长测段电离层延迟的参数可调的广义形式%利用多天实测a K A 数据比较了广义三角级数函数a J A ]"Y 939B .0/_9:8B /Y 34-98B /;79B /97b 23;’8/43$模型+J A ]和K H L g 模型的电离层延迟的拟合精度!分析了利用a J A ]模型和a K A 数据精确求定电离层延迟信息的特点!得出一些有益的 结论% ’!=,+U 电离层延迟模型 有效描述电离层J ,*的周日变化特性是构建高精度垂直电离层延迟改正模型的关键问题5基于a K A 拟合垂直电离层J ,*时!为充分顾及电离层J ,*的周日变化特性!通常利用以a K A 日为测段的高精度双频a K A 数据"如P a A 等基准站的数据$精确求定相关的电离层延迟信息5电离层J ,*的周日变化规律与季节+地理纬度+太阳与地磁活动等因素关系密切5不同时空区域的电离层周日变化特性!难以利用数学模型进行精确的统一表示!给建立普遍适用的局部电离层模型造成极大的困难5然而对a K A 用户较为集中的中纬度地区而言!单站或局部区域天顶方向电离层J ,*周日变化特点!通常可近似地描述为#白天随地方时=呈近似余弦的变化!一般在=W (!G 时达到最大(晚上变化平稳且相对较小!随地方时=变化不明显5若记为2-电离层对下点A P K 的地磁纬度!=7/V 为A P K 地方时!>W %3"=7/V E (!$-G !G W %!G !根据d J ,*值时空变化特点!将d J ,*的周日变化视为以下几部分影响的合成#&(# 与地方时和纬度以& (#(
GNSS广播电离层模型在极区改正效果分析
GNSS广播电离层模型在极区的改正效果分析 摘要电离层时延为GPS测量中最棘手、最严重的误差源，而极区结构复杂波动较大，电离层延迟 极大影响了GPS测量精度，故在极区选取一个简单有效的电离层模型极为重要。本文将GPS及 BDS采用的不同的Klobuchar模型以及Nequick模型计算的极区总电子含量，以欧洲定轨中心提供 的GIM模型电离层产品作为参考标准，研究三种广播电离层模型在北极地区的中误差和模型改正 率。选取了2009年到2013年共计5年的时间数据进行分析。结果表明，纬度57.5°以上地区电离 层改正GPS系统采用的Klobuchar模型基本不适用，但改正效果依然优于BDS。而Nequick模型 改正效果弱于中低纬度，改正率整体在40％左右。 关键词Klobuchar模型；Nequick模型；GIM模型；总电子含量；极区 ANALYSIS OF THE GNSS RADIO IONOSPHERIC MODEL CORRECTION IN POLAR AREA Abatract The time delay in ionosphere is the most dominant error source in Global Navigation Satellite System.The ionospherein polar area is changeable, which greatly damage precision of GPS.It’s important to find a an appropriate broadcast ionospheric https://www.360docs.net/doc/e510299223.html,pared to the observed VTEC data derived from GIM model, we compares the effects of these two correction models（two kinds of Klobuchar model adopted by GPS/BDS and Nequick model）on the ionospheric delay of positioning accuracy. We can draw a positive conclusion that in the area at latitude more than 57.5°,Klobuchar model adopted by GPShave a negative effect in most cases,but better than BDS.Nequick model performs worse than middle and low latitudes, its correction effect is mostly about40%. Key words: Klobucharmodel;Nequickmodel;GIMmodel;TEC;polar 电离层延迟是GPS测量中最棘手、最严重的误差源，双频用户可以通过电离层组合削弱电离层一阶项影响，而对于单频用户而言，只有采取相对简单有效的电离层经验模型，才能削弱电离层延迟影响，满足定位要求[1]。GPS/Galileo两大卫星导航定位系统，分别采用的是Klobuchar模型（简称GPS K8模型）和Nequick模型作为其单频用户使用的电离层经验模型。近年来我国正在发展自己的北斗卫星导航系统（BDS），建立这样一个电离层模型尤为重要，目前BDS采用的是改进的Klobuchar模型（简称BDS K8模型）。 由于电离层模型原理不同，不同的电离层模型的表现有所不同，国内外已经进行了大量的研究评估不同的电离层模型[2,3]。如国内的武汉大学、中国科学院测量与地球物理研究所、上海天文台等，国际上有CODE、JPL、NRCan、UPC等。 两极地区电离层延迟相对中低纬度较小，但结构复杂波动较大，磁暴期间极区电离层电子密度显著增加且剧烈波动[4]，伴随发生强烈的电离层闪烁现象，极大影响了GPS测量精度，但这也为GPS电离层研究提供了新途径，例如基于由GPS双频观测值计算求得的TEC，进而可以定量估计许多重要的电离层效应[5]。然而，在过去的几年内，国内很少有模型对极区进行评估，原因是以往南北极人类活动少，两极地区研究实用性较小。而近年来，极区的科研、资源、旅游、经济、军事等活动日益频繁，两级地区研究的重要性日益突出。由于Klobuchar模型和Nequick 模型已经对单频用户开放且被广泛采用，故本文选取Klobuchar模型以及Nequick模型进行对比分析。 1模型介绍及评估方法 1.1Klobuchar模型