射电天文及卫星测地中大气折射的改正及其精度

本文综述了电离层、对流层中电波折射引起的射电天文观测及卫星测地中的各种误差及各种改正方法和它们的精度。 对流层影响的主要改正方法是实测大气温度、压力等参数,用数学模型计算。电离层影响的改正目前有三种方法:一是实时测量电离层主要参数——电子总含量的变化,然后用数学模型方法改正。二是采用双频同时观测的手段来消除电离层折射的影响。三是采用自校准方法。文中还比较了两种不同的自校准方法——常规自校准方法和多余量自校准方法。     

GPS定位与定时中电离层折射误差高阶项的改正方法

目前ＧＰＳ系统中对电离层折射误差的改正主要来用双频技术，双频技术只改正了电离层折射误差的一阶项，可使定位精度达到米级．但对于要求厘米级定位精度的用户来讲，还必须改正电离层折射误差的二阶项；对于要求毫米级定位精度的用户，还应考虑三阶项的改正．笔者提出一个能改正电离层折射误差一阶项、二阶项和三阶项的方法，它是把现有的双频技术与参考文献［１］中提出的双极化技术结合进行的．     

电离层对GPS测距的影响

利用单层电离层改正模式就ＧＰＳ卫星高度角对测距的影响作了探讨，研究表明，通常采用的单层电离层改正模型中电离层高取均值对低高度角卫星测距的改正是不适应的。利用单层电离层模型改正时应顾及电离层高的变化。最后利用１９８６年武汉地区实测ＴＥＣ数据进行了计算并将结果和ＩＲＩ－９０模型计算结果作了分析比较。     

电离层对GPS测距的影响

利用单层电离层改正模型就GPS卫星高度角对测距的影响作了探讨。研究表明，通常采用的单层电离层改正模型中电离层高取均值对低高度角卫星测距的改正是不适应的，利用单层电离层模型改正时应顾及电离层高的变化。最后利用1986年武汉地区实测TEC数据进行了计算并将结果和IRI－90模型计算结果作了分析比较。     

电离层延迟改正模型综述

电离层延迟改正模型通常可以分为广播星历用的预报模型、广域差分用的实时模型、后处理模型3类,不同应用要求需要选择不同的模型。主要比较分析了几种常用的电离层延迟改正模型: 用于广域差分中生成格网模型的三角级数模型、多项式模型、低阶球谐函数模型等都可以获得很好的改正效果,且这3种模型基本上是等价的;电离层延迟谐函数展开模型可以用来分析电离层长时间系列的变化特征;国际电离层参考模型IRI的改正精度一般可以达到60％的效果;而GPS 星历采用的Klobuchar模型的参数设置存在一些不足,对此提出了一些改进措施。     

在卫星授时中电离层误差实时改正的双极化方法

在卫星定位与授时中，电离层折射误差的影响是十分重要的．目前采用的主要改正方法是双频法，还有电离层模型法．双频法要求卫星发射两个工作频率，而电离层模型法的偏差又较大，这对于使用单频接收机的用户来讲，电离层折射改正就成为一个严重问题，笔者提出的双极化法正好可以解决单频接收机所遇到的问题．双极化法是基于电离层的双折射特性．一个线极化波在电离层中传播时被分裂成两个圆极化波，即左旋圆极化波和右旋圆极化波传播，左旋与右旋圆极化波在电离层中传播的速度不同，则到达接收点的时间也就不同，通过测量两个圆极化波到达接收点的传播时廷差，即可确定电离层折射误差的改正量．     

WAAS电离层格网播发特性及其性能评估

电离层格网信息决定了RTCA协议下的SBAS增强系统的服务等级。通过对WAAS 3颗GEO卫星播发的电离层格网信息进行长期分析,获得了RTCA协议下格网电离层在电文编排、更新周期、格网分布等方面的详细播发特性。通过解析实际WAAS电离层格网电文,设置不同的可用性条件,详细分析了每个格网点的可用性,得到当以GIV EI=15为门限值时,WAAS播发263个可用性为100%的电离层格网信息,覆盖包括整个北美大陆及海岸线20?以外的大部分地区。通过对比WAAS采用的Kriging和部分其他增强系统采用的IDWK插值方法的格网可用性,得出结论:IDWK方法仅对参考站布设范围内的格网点具有较高的可用性,Kriging插值方法以增加GIVE为代价,大幅拓展了可用格网点覆盖范围,但也造成脱离大陆的夏威夷群岛上空的格网点完全不可用。利用CODE发布的GIM模型对WAAS可用格网点的格网改正精度进行分析,得到,当GIV EI 14时,不同GIVEI格网电离层垂直延迟的改正精度差异较小,GIM评估的格网电离层垂直延迟的改正精度与纬度相关性较大。在中低纬地区虽然穿刺点分布密集,但其格网改正精度低于高纬地区。     

三种对流层延迟改正模型精度评估

利用36个全球分布的IGS站2003全年GPS实测的对流层天顶延迟数据和气象数据,对目前国内外常用的两个对流层延迟改正模型;Hopfield模型、Saastamoinen模型和最近几年发展起来的EGNOS模型的改正精度和适用范围进行评估,指出Hopfield模型在应用中存在的缺陷,EGNOS模型可用作GNSS实时定位和导航的对流层天顶延迟的改正模型.     

电离层延迟改正对GPS定时的影响分析

为分析电离层延迟改正对GPS定时的影响,采用修正电离层延迟的Klobuchar模型法和双频法,并利用IGS(International GNSS Service)观测站多天的GPS实测数据,计算得到了定位结果、GPS接收机钟差及其与IGS产品的测站钟差之差值.计算结果的分析表明,上述两种电离层延迟修正法有利于改善GPS定时结果,其中双频改正法效果更好.     

利用地基GPS网高精度实时监测电离层TEC

地基GPS网是监测电离层总电子含量(TEC)的有效手段之一,本文基于上海综合GPS应用网建立了高时空分辨率(0.5h×0.1°×0.1°)的垂直TEC格网模型,用于实时地监测该地区上空电离层TEC变化.该模型每30min给出一幅电离层TEC图,详细地反映了区域电离层分布和变化情况,并可用于实时地改正该地区单频GPS接收机的电离层延迟.     

GPS共视时间比对中的电离层时延改正问题

众所周知，GPS共视是目前国际上主要的时间传递比对技术，其中扣除电离层时延是很重要的一个方面。介绍了如何采用国际GPS服务中心(IGS-International GPS Service)公布的电离总电子含量(TEC-Total Electron Content)图来进行电离层时延改正。结果表明：对于单频GPS接收机，采用TEC图作电离层时延改正后的单站定时和共视比对精度比用理论模型作改正的精度有很大的提高。通过比较还表明，亚太地区的时间实验室之室的时间传递精度比欧美地区的要低，这可能是因为亚太地区用于测量TEC的IGS测站少，因而导致该地区的TEC的精度较低。     

GPS共视中电离层时延计算方法比较研究

为了更好地计算GPS CV（共视）时间传递中的电离层时延值（它是影响CPS CV比对结果精度的主要因素之一）,介绍了当前3种电离层时延的计算方法,并以NICT（National Institute of Information and Communications Technology）单站GPS比对数据及NICT与NTSC（National Time Service Center）的GPS共视比对数据为例,分析比较了不同的电离层时延计算方法对GPS时间比对结果精度的影响。计算结果表明：利用双频实测电离层时延和利用ICS（International GPS Service）提供的TEC（total electton content）map计算的电离层时延对GPS CV比对结果修正后的精度,比利用电离层改正模型的时延对比对结果修正后的精度分别提高30％～40％和20％～30％。     

TAI 计算的变化

从1999年7月的资料开始,TAI 的计算中,对于长距离 GPS 共视比对结果将不再用电离层时延实测值,改用由国际 GPS 服务(IGS)提供的电离层模型。自 BIPM 采用 GPS 共视规范后,全球参加 TAI 计算的时间实验室的 GPS 共视观测资料按地区分别与 NIST、OP 和 CRL 进行比对(不作电离层改正)。该三站之间的     

用于JATC的GPS CV时间比对中的数据处理

GPS CV(共视)时间传递技术将在重建的我国的综合原子时(JATC)系统中起重要作用。介绍了GPSCV时间比对中共视数据的选取和消除观测数据中的随机噪声的方法，对GPS共视时间比对中的电离层时延改正和几何时延改正方法作了阐述，给出了对NTSC(中国科学院国家授时中心)与CRL(日本通信研究所，现已更名为国家信息和通信技术研究院(NICT))两个时间实验室之间的共视比对数据的计算结果。     

电离层掩星反演的正则最大熵法

电离层掩星数据现已成为电离层观测数据的重要来源,对掩星数据的反演研究一直是掩星研究的热点.传统采用的改正TEC(1btal Electron Content)的Abel变换反演法为线性反演法,它会把测量误差带入反演结果中.为改善反演效果受测量误差的影响,引入两种非线性的反演方法一正则化和正则最大熵反演法.随后设计模拟试验,对3种方法进行验证、比较,得到正则最大熵反演法可以很好地减小测量误差的影响.     

基于多源GNSS观测数据的三维电离层研究现状及发展

近年来,随着GNSS (global navigation satellite system)技术的发展,利用地基和空基GNSS电离层探测的空间特征,形成了更加完善的三维电离层观测系统,获得了丰富的多源GNSS电离层观测数据,促进了电离层在理论模型、经验模型及同化模型方面的进展,同时,通过结合中性大气及等离子层等方面的研究,为极端气象、太阳活动及磁暴等事件的监测与物理机制研究提供了数据基础与研究手段。介绍了多模地基及星载GNSS电离层观测数据发展现状,并讨论了空基GNSS电离层观测数据在电离层顶部区域经验模型改进方面的进展。指出电离层经验模型可作为同化模型的初始场,而电离层理论模型可将其作为卡尔曼滤波的动力学部分,以通过同化算法利用多源数据重建或预测电离层,并阐述了多源及多模GNSS电离层观测数据的增加背景下电离层同化模型构建过程中新的要求与发展。最后,提出自适应格网与机器学习可成为电离层同化算法方面的新研究方向,以促进三维电离层研究。     

IGS产品在GPS时间比对中的应用

在利用GPS CV(GPS Common View)技术进行高精度时间比对时，电离层和卫星位置误差对观测到的卫星信号的影响是不容忽视的，需要对它进行精确的估计和改正．讨论IGS精密星历和CODE全球总电子含量图(TECMAPs)在GPS时间传递中的应用．计算结果表明，采用IGS产品可有效提高单站定时和远距离时间传递的精度。     

GAIM电离层同化方法进展

电离层是复杂的空间层结,其变化受太阳活动强度、地球磁场等因素影响。随着空间技术发展的需求,电离层天气变化成为目前空间天气预报最重要的内容之一。最近10年,人们利用卫星在电离层观测方面取得了重大进展,尤其引人注意的是:无线电掩星观测技术正走向应用的新阶段,加上已经建立的全球大量的地基GPS观测网,它们不仅为电离层动力学模式研究提供了丰富的电离层资料,而且为电离层预报提供了很好基础。因此,电离层天气预报成为当前重要的、前瞻性的研究方向,电离层资料同化是电离层预报最重要的研究内容之一。该文系统介绍这方面国际动态,重点是美国的USC/JPL和犹他州大学开展全球电离层同化模型研究、全球电离层同化研究的进展,以及在电离层天气预报中应用的初步成果。     

火星电离层无线电掩星探测仿真研究

对中俄联合火星星-星电离层掩星技术体制进行了分析和介绍,采用三维射线追踪方法对电离层掩星事件的电波观测值进行了模拟计算,并利用模拟的掩星观测数据进行了电子密度廓线反演,结果说明仿真算法可靠.利用仿真的方法,分别对掩星电波相位观测误差和卫星轨道误差等带来的反演误差进行了个例计算和分析,结果得到:5%周的相位测量误差对白天电离层掩星探测结果的影响可以忽略,而夜间电子密度测量的绝对误差小于4×108 m-3;卫星轨道误差对掩星的主要影响是导致电离层高度抬升或下降.结果表明,中俄联合火星电离层掩星探测技术体制先进,可望获得高精度的电子密度廓线;其技术体制也可以用于月球电离层环境的探测.     

GPS监测电离层活动的方法和最新进展

全球定位系统(GPS)可以快速、准确地提供电离层总电子含量(TEC)信息。简要介绍了GPS技术精确测量TEC、监测电离层的原理和方法，指出进行TEC绝对量估计时求解差分群延迟(DCB)的重要性，以及建立多层和实时电离层监测模型的必要性。分析了影响TEC估计的主要误差源，着重介绍了目前GPS监测电离层的最新成果和进展。