台灣自主電離層數值模式於 單頻GPS二次差分定位之應用

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姓名

鄭長文(Chang-wen Cheng) 查詢紙本館藏

畢業系所

太空科學研究所

論文名稱

台灣自主電離層數值模式於單頻GPS二次差分定位之應用
(The application of using Taiwan ionospheric model in double-difference positioning in single-frequency GPS data)

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摘要(中)

GPS衛星播送的訊號在經過電離層時，會使得其中的電碼訊號造成延遲，對於GPS衛星定位有極大的影響，本論文特別使用台灣自主電離層數值模式(TWIM)來作電離層延遲修正。在測站與參考站接收到的單頻GPS電碼訊號資料，將電離層延遲以及其他偏差修正後，經由差分定位法(DGPS)運算可達到次公尺等級的定位精準度。本論文的宗旨即是將TWIM模式與DGPS定位法作整合，推廣至Android作業系統平台的應用程式(APP)，來呈現出本論文研究的概念性應用。
　　本篇論文研究的定位成果，將藉由定位方法的比較來呈現，並將延伸分析DGPS定位法裡測站與參考站的基線長度對定位殘差的影響。

摘要(英)

When GPS signals pass through the ionosphere, it would produce signal delay in code measurements. This ionospheric delay would affect the GPS positioning results. In this study, a single-frequency Novatel receiver has been setup as a test station, and the ionospheric delay has been simulated and corrected using the TaiWan Ionospheric Model(TWIM). After the ionospheric delays are simulated and corrected, a differential GPS(DGPS) technique could be applied for positioning and approach a sub-meter positioning accuracy. We also developed an Android APP tool and promote real-time dGPS positioning after correcting ionospheric delay based on the TWIM. In the thesis, the results would be demonstrated and evaluated by comparisons of different positioning methods. Besides, it would show positioning accuracy related to baseline length between the test and reference stations.

關鍵字(中)

★ 台灣自主電離層數值模式
★ 差分定位法

關鍵字(英)

★ TWIM
★ DGPS

論文目次

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 ix
第一章　緒論 1
1.1　研究動機 1
1.2　全球定位系統(GPS)簡介 2
1.3　GPS訊號傳播受電離層的影響 3
1.4　電離層簡介 4
1.5　論文架構 7
第二章　GPS二次差分定位原理 8
2.1　虛擬距離觀測式 8
2.1.1　誤差來源與修正 9
2.1.2　電離層模式之使用探討 12
2.2　台灣自主電離層數值模式(TWIM) 12
2.2.1　資料來源說明 13
2.2.2　TWIM模式介紹 14
2.2.3　電離層延遲修正 16
2.3　GPS差分定位(DGPS) 17
2.3.1　定位理論說明 17
2.3.2　定位求解推導 19
第三章　本研究方法於Android平台開發之應用程式 24
3.1　硬體架構說明 25
3.1.1　用戶端配備 25
3.1.2　DGPS測站及參考站 25
3.2　軟體架構說明 28
3.2.1　DGPS using TWIM APP 28
3.2.2　伺服器架構 29
3.2.3　測站資料處理 30
3.2.4　定位運算主程式 30
3.3　操作說明 33
第四章　GPS二次差分定位結果與分析 36
4.1　定位方法比較 36
4.1.1　單點定位使用與未使用TWIM模式之比較 37
4.1.2　未使用TWIM模式作單點定位與作二次差分定位
之比較 39
4.1.3　使用TWIM模式作單點定位與作二次差分定位
之比較 40
4.1.4　二次差分定位使用與未使用TWIM模式之比較 42
4.1.5　小結 43
4.2　各組基線長度之定位殘差分析 44
4.2.1　各組基線長度之定位殘差 44
4.2.2　定位殘差與基線長度之分析 48
4.2.3　小結 51
第五章　結論與未來展望 53
參考文獻 54
附錄一　APP開發方法 56

參考文獻

［1］Tsai, L. C., Liu, C. H., Hsiao, T. Y., and Huang, J. Y., 2009. A near real-time phenomenological model of ionospheric electron density based on GPS radio occultation data. Radio Science, 44, RS5002, pp. 1–10. doi:10.1029/2009RS004154
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［12］孫翊騰，2010。適用於電離層高活動期間之現代化GPS 長基線計算方法，碩士論文，國立成功大學測量及空間資訊學系。
［13］陳冠宏，2011，改良式模稜函數法應用於GNSS相對定位研究，碩士論文，國立中央大學土木工程學系。
［14］吳究，2011，衛星大地測量，課程講義，國立中央大學太空及遙測研究中心及工學院土木工程學系空間資訊組。

指導教授

蔡龍治(Lung-Chih Tsai)

審核日期

2013-7-24

推文