滤波方法对CALIBRA项目中全球导航卫星系统（GNSS）接收机数据有何影响
前言
全球导航卫星系统（GNSS）是现代社会中不可或缺的技术之一，它为定位、导航和时间同步等应用提供了关键的支持。
然而，GNSS信号在传播过程中可能会受到电离层扰动的影响，从而引发信号的闪烁现象。这种闪烁现象可能对GNSS接收机的数据质量产生负面影响，进而影响定位和导航的准确性。
今天我就带大家一起研究，滤波方法对CALIBRA项目中全球导航卫星系统（GNSS）接收机数据究竟有何影响？
采用滤波方法的原因
为了研究L波段无线电信号的电离层闪烁，现在通常使用高频采样率（50-100 Hz）的全球导航卫星系统（GNSS）接收器获取数据。
在处理这些数据时，通常只考虑来自选定卫星的从接收器到卫星的仰角计算的贡献，而忽略低于任意阈值（通常为15-30°）的仰角观测。
滤除低仰角测量有助于保持较高的信噪比（信号与噪声比）并消除非电离层相关的效应，如多径效应。
这种经过验证的方法的缺点是减小了GNSS接收器天线所覆盖的视场范围，如果适用，也减小了整个网络的覆盖范围。
对于密集网络或覆盖良好的地区来说，这并不是关键问题，但对于覆盖不良的地区，如森林、沙漠等物流和环境原因（如海洋）可能是重要的。
在许多应用中，信息的丢失可能具有重要意义。这时需要一种基于“异常值分析”的方法来过滤掉虚假数据，能够有效地去除受多径效应影响的测量值，将数据损失从35-45%降低到10-20%。
该方法基于地基闪烁气候学（GBSC），并将基于GBSC的站点表征应用于巴西的CIGALA1 / CALIBRA2网络。
CALIBRA项目建立在已经结束的CIGALA项目基础上，并利用两个项目中安装的专用接收器组成了一个联合网络，即所谓的CIGALA/CALIBRA网络，该网络配备有Septentrio PolaRxS接收器。
PolaRxS是一种多频多系统的接收器，能够同时跟踪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的采样率提供以下主要输出参数：σΦ相位闪烁指数，计算在不同时间间隔（1、3、10、30、60秒）内；S4振幅闪烁指数，计算在60秒内；
TEC（总电子含量）和ROT（TEC变化率），每15秒更新一次；频谱参数：相位功率谱密度（p）在0.1至25Hz范围内的谱斜率，以及相位功率谱密度（T）在1 Hz（60秒）处的谱强度；码对载波偏离的标准偏差（CCSTDDEV - 60秒）；信噪比（SNR，60秒）；锁定时间（60秒）。
滤波方法的具体内容
对于网络中的每个站点，使用GBSC技术制作了标准偏差CCSTDEV（σCCSTDDEV）的方位角与仰角地图。采用的bin尺寸为5°x5°，并考虑了GPS和GLONASS L1频率上的观测，以最大化每个bin中的观测数量。
选择CCSTDDEV作为指示接收器天线多径活动的良好指标，其标准偏差（σCCSTDDEV）用于识别经历较大变化的bin。
滤波方法基于对此σCCSTDDEV直方图中异常值的识别。根据一般数据分析理论，分布的大多数值应该位于四分位距（IQR）内或位于两个箱线之间。超出1.5倍IQR的值称为“轻度异常值”，超出3倍IQR的边界的值称为“极端异常值”。
对应于σCCSTDDEV值大于<σCCSTDDEV>+1.5 IQR的bin（即轻度异常值）将被滤除，然后可以进行新的分析。
该方法能够在很大程度上去除低仰角的贡献，正如预期的那样，但保留了一些“非嘈杂”的箱。通过使用这种技术，被拒绝的观测数量在12%到20%之间，相比于应用标准仰角截断（15-30°），数据损失减少了，后者在35%到45%之间。
由于滤波算法扩大了CIGALA/CALIBRA网络的视场范围，可以看到在赤道电离层异常（EIA）的北部峰值（主要由MANA观测点覆盖）处出现增强。这个增强发生在大于0°N的地理纬度范围内，几乎平行于地磁赤道（红线），达到约6%的峰值。
POAL附近的增强也是有意义的，可能是由于南大西洋磁异常（SAMA）边界处的粒子沉降的存在。
事实上，SAMA是电离层湍流的另一个源头，会引起闪烁，因为它扰乱了大气中的热层环流，并改变了电离物种的产生和重组速率，主要发生在地磁暴期间。
笔者观点
滤波方法对CALIBRA项目中的GNSS接收机数据具有重要的影响。通过应用适当的滤波方法，可以提高数据的质量和精度，消除噪声和误差，提取有用信息，从而为项目的成功实施提供支持。
