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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研究生：	鄭長文 Chang-wen Cheng
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
指導教授：	蔡龍治 Lung-Chih Tsai
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	地球科學學院 - 太空科學研究所 Graduate Institute of Space Science
論文出版年：	2013
畢業學年度：	101
語文別：	中文
論文頁數：	65
中文關鍵詞：	台灣自主電離層數值模式、差分定位法
外文關鍵詞：	TWIM, DGPS
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　　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。

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.

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

                                

［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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［10］黃俊穎，2009，運用臺灣自主電離層數值模式研究電離層赤道異常現象，，碩士論文，國立中央大學太空科學研究所。
［11］巫明哲，2010，利用電離層模式改善單頻GPS精密單點定位，碩士論文，國立中央大學土木工程學系。
［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。

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