濾波方法對CALIBRA項目中全球導航衛星系統（GNSS）接收機資料有何影響
前言
全球導航衛星系統（GNSS）是現代社會中不可或缺的技術之一，它為定位、導航和時間同步等應用提供了關鍵的支援。
然而，GNSS信号在傳播過程中可能會受到電離層擾動的影響，進而引發信号的閃爍現象。這種閃爍現象可能對GNSS接收機的資料品質産生負面影響，進而影響定位和導航的準确性。
今天我就帶大家一起研究，濾波方法對CALIBRA項目中全球導航衛星系統（GNSS）接收機資料究竟有何影響？
采用濾波方法的原因
為了研究L波段無線電信号的電離層閃爍，現在通常使用高頻采樣率（50-100 Hz）的全球導航衛星系統（GNSS）接收器擷取資料。
在處理這些資料時，通常隻考慮來自標明衛星的從接收器到衛星的仰角計算的貢獻，而忽略低于任意門檻值（通常為15-30°）的仰角觀測。
濾除低仰角測量有助于保持較高的信噪比（信号與噪聲比）并消除非電離層相關的效應，如多徑效應。
這種經過驗證的方法的缺點是減小了GNSS接收器天線所覆寫的視場範圍，如果适用，也減小了整個網絡的覆寫範圍。
對于密集網絡或覆寫良好的地區來說，這并不是關鍵問題，但對于覆寫不良的地區，如森林、沙漠等物流和環境原因（如海洋）可能是重要的。
在許多應用中，資訊的丢失可能具有重要意義。這時需要一種基于“異常值分析”的方法來過濾掉虛假資料，能夠有效地去除受多徑效應影響的測量值，将資料損失從35-45%降低到10-20%。
該方法基于地基閃爍氣候學（GBSC），并将基于GBSC的站點表征應用于巴西的CIGALA1 / CALIBRA2網絡。
CALIBRA項目建立在已經結束的CIGALA項目基礎上，并利用兩個項目中安裝的專用接收器組成了一個聯合網絡，即所謂的CIGALA/CALIBRA網絡，該網絡配備有Septentrio PolaRxS接收器。
PolaRxS是一種多頻多系統的接收器，能夠同時跟蹤GPS L1CA、L1P、L2C、L2P、L5；GLONASS L1CA、L2CA；GALILEO E1、E5a、E5b、E5AltBoc；COMPASS B1、B2；SBAS L1等信号 。
接收器以50 Hz的采樣率提供以下主要輸出參數：σΦ相位閃爍指數，計算在不同時間間隔（1、3、10、30、60秒）内；S4振幅閃爍指數，計算在60秒内；
TEC（總電子含量）和ROT（TEC變化率），每15秒更新一次；頻譜參數：相位功率譜密度（p）在0.1至25Hz範圍内的譜斜率，以及相位功率譜密度（T）在1 Hz（60秒）處的譜強度；碼對載波偏離的标準偏差（CCSTDDEV - 60秒）；信噪比（SNR，60秒）；鎖定時間（60秒）。
濾波方法的具體内容
對于網絡中的每個站點，使用GBSC技術制作了标準偏差CCSTDEV（σCCSTDDEV）的方位角與仰角地圖。采用的bin尺寸為5°x5°，并考慮了GPS和GLONASS L1頻率上的觀測，以最大化每個bin中的觀測數量。
選擇CCSTDDEV作為訓示接收器天線多徑活動的良好名額，其标準偏差（σCCSTDDEV）用于識别經曆較大變化的bin。
濾波方法基于對此σCCSTDDEV直方圖中異常值的識别。根據一般資料分析理論，分布的大多數值應該位于四分位距（IQR）内或位于兩個箱線之間。超出1.5倍IQR的值稱為“輕度異常值”，超出3倍IQR的邊界的值稱為“極端異常值”。
對應于σCCSTDDEV值大于<σCCSTDDEV>+1.5 IQR的bin（即輕度異常值）将被濾除，然後可以進行新的分析。
該方法能夠在很大程度上去除低仰角的貢獻，正如預期的那樣，但保留了一些“非嘈雜”的箱。通過使用這種技術，被拒絕的觀測數量在12%到20%之間，相比于應用标準仰角截斷（15-30°），資料損失減少了，後者在35%到45%之間。
由于濾波算法擴大了CIGALA/CALIBRA網絡的視場範圍，可以看到在赤道電離層異常（EIA）的北部峰值（主要由MANA觀測點覆寫）處出現增強。這個增強發生在大于0°N的地理緯度範圍内，幾乎平行于地磁赤道（紅線），達到約6%的峰值。
POAL附近的增強也是有意義的，可能是由于南大西洋磁異常（SAMA）邊界處的粒子沉降的存在。
事實上，SAMA是電離層湍流的另一個源頭，會引起閃爍，因為它擾亂了大氣中的熱層環流，并改變了電離物種的産生和重組速率，主要發生在地磁暴期間。
筆者觀點
濾波方法對CALIBRA項目中的GNSS接收機資料具有重要的影響。通過應用适當的濾波方法，可以提高資料的品質和精度，消除噪聲和誤差，提取有用資訊，進而為項目的成功實施提供支援。
