LEO卫星单频精密定轨电离层模型改进算法

电离层延迟的有效改正是LEO卫星单频精密定轨的关键所在。目前主要采用电离层比例因子法进行LEO卫星电离层延迟改正,但该方法在电子密度峰值高度确定时未考虑太阳活动、经纬度、昼夜变化、季节等因素的影响。IRI2012模型虽然考虑了上述因素对电子密度峰值高度的影响,但因其与电离层薄层高度选择的标准不一致,通常它们之间存在系统性偏差而无法直接使用。为此本文提出将电离层薄层高度作为约束条件对IRI2012模型确定的电子密度峰值高度的均值进行参数约束估计,得到一种改进的电离层模型算法,并利用Swarm卫星GPS观测数据对其进行验证。结果表明:改进的电离层模型对Swarm卫星径向、切向和法向定轨精度均有不同程度的提高,尤其对轨道径向和法向精度改善最为明显,分别提高了31.6%和32.0%;同时较大幅度地降低了轨道的系统性偏差,尤其是在径向和法向,分别平均降低了65.0%和54.7%。     

两种GPS测定电离层电子密度模型的探讨

详细推导出利用GPS双频码距及载波相位观测值进行电离层电子密度求定的Klobuchar模型以及Georgiadou模型,给出了求定这两种模型参数的数学表达,从理论上指出该两种模型适合单历元解算的基本条件,通过实例进行了两种模型的电离层修正误差及误差频率的分析和比较。结果证明,与Klobuchar模型相比,Georgiadou模型具有表达形式简单,对模型参数的初值精度要求较低,数据利用率较高,参数估计精度较高等优点。     

Klobuchar电离层延迟改正模型精化方法的研究

北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)开通了全球服务,BDS Klobuchar(BDSklob)模型的服务区域也拓展至全球范围,BDSklob模型全球化后的性能引起了极大的关注. 针对北斗二号卫星导航系统(BDS-2)播发的BDSklob模型在服务区域外精度不高、两极地区改正异常情况,本文基于参数精化方法,利用经验模型IRI-Plas-2017、北斗全球广播电离层延迟修正模型(BDGIM),以及欧洲定轨中心(CODE)的全球电离层格网(GIM)产品多源数据提出新的BDSklob模型精细化方案多源数据精细化法. 结果表明：各个数据源精细化方法对BDSklob模型性能都有明显提升,尤其是在极地区域;BDSklob_C(数据源为CODE的GIM产品)处理结果精度最高;BDSklob_B(数据源为BDGIM)精度次之,但不借助外部数据源,在北斗系统中即可完成精化处理;BDSklob_I(数据源为IRI模型)精度稍差,但基于经验模型的预测性,可以满足实时精化处理的需要.     

利用全球电离层地图分析芦山地震电离层异常变化

利用全球电离层地图（ g lobalionos p herema p,gim） 提 供 的 垂 直 电 子 含 量（ verticaltotalelectroncon-tent,vtec） 观测值,采用滑动四分位距法分析了芦山地震前后的电离层异常。为了探讨异常现象与地震之间的相关性,进一步确定了震中附近上空 vtec 东 向 及 北 向 梯 度 变 化,并 比 较 分 析 了2008～2012 年 相 同 时间段的 vtec 变化。结果表明,2013年4月18～20日的负异常现象很可能与地震相关。通过分析震中附近电离层赤道异常的变化,发现赤道异常峰值在震前5d内明显减 小,且 峰 值 的 位 置 向 磁 赤 道 方 向 移 动。结 合电离层负异常现象及赤道异常的变化,本 文 认 为 芦 山 地 震 孕 震 区 内 异 常 电 场 可 能 是 引 起 电 离 层 异 常 的 主 要原因之一。     

不同活跃状态下香港区域电离层建模分析

针对如何选取合适的区域电离层模型阶数的问题,该文研究了不同活跃状态下香港区域电离层模型的精度,提供了电离层平静期、活跃期、异常期区域电离层球谐函数建模的最佳阶数。利用低纬度香港CORS网数据,建立区域电离层模型,通过对比欧洲定轨中心(CODE)电离层产品验证了区域电离层模型最佳阶数的建模精度。在约110 km区域范围内,研究结果表明：(1)电离层平静期,1～5阶球谐模型垂直电子总含量(VTEC)建模效果相当,相对于CODE产品VTEC偏差的均值为2.286～3.300 TECU;(2)电离层活跃期和异常期,2阶模型VTEC建模精度最高,相对于CODE产品VTEC偏差的均值分别为4.121、4.546 TECU;(3)随着球谐模型阶数增加,2阶以上球谐模型电离层拟合精度无显著提升;(4)随着电离层活跃更加剧烈,球谐模型拟合残差逐渐增大,拟合效果和建模精度出现下降。     

利用全球电离层地图分析芦山地震电离层异常变化

三维电子密度是研究电离层空间结构的关键参数,现有的技术和方法存在空间分辨率不足的缺陷。基于此,提出一种联合全极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)和国际参考电离层(international reference ionosphere,IRI)模型估计高空间分辨率三维电子密度分布的方法。首先利用全极化SAR计算法拉第旋转(Faraday rotation,FR)角;然后根据FR角结合磁场信息估计垂直总电子含量(vertical total electron content,VTEC);最后联合估计的VTEC和IRI电子密度剖线求解三维空间电子密度分布。为了验证所提方法的可行性,利用覆盖美国阿拉斯加地区的先进陆地观测卫星（advanced land observing satellite, ALOS）-1全极化SAR影像进行了实验,并获取GPS及Poker Flat测站的非相干散射雷达(incoherent scattering radar, ISR)数据对实验结果进行验证。结果发现,相对于IRI三维电子密度,所提方法获取的高空间分辨率三维电子密度整体误差减少了33.57%,其中高于133 km的电子密度误差减少了47.98%。     

附有国际参考电离层约束的全球电离层模型

提出利用国际参考电离层附加虚拟观测值对总电子含量值为负数的地区、赤道异常区域和南半球区域电离层进行约束,在日固地磁参考系下采用15阶次的球谐展开建立全球电离层模型,解算得单位权中误差约为1. 6TECU,残差绝对值小于3TECU的比例达90%以上,且全球电离层图与IGS电离层工作组的电离层产品精度相当,偏差RMS约为3. 7 TECU,卫星差分码偏差与欧洲定轨中心相比优于0. 1 ns,与 IGS相比优于0. 2 ns,接收机差分码偏差与欧洲定轨中心相比优于1 ns(大部分优于0. 5 ns),与lGS相比优于1. 5 ns.实验结果表明,附有国际参考电离层约束的全球电离层模型确保了全球各个地区的电离层总电子含量为正值,且有效提高了全球电离层模型在赤道异常区域、海洋地区和南半球的精度。     

基于河北省CORS的区域电离层模型精度分析

为提高区域电离层模型和导航定位服务的精度,利用河北省连续运行参考站系统（CORS） 6个基准站的GPS卫星观测数据进行区域电离层建模和接收机差分码偏差（DCB）估计,并引入中国科学院（CAS）发布的电离层产品内插得到的垂直总电子含量（VTEC）进行区域电离层模型精度验证。实验结果表明,估计的单日GPS卫星DCB与产品值精度相当,偏差控制在0.5 ns以内;河北省CORS站GPS系统接收机DCB稳定性较好,5 d的标准偏差均小于0.1 ns;利用河北省CORS建立的区域电离层TEC在地磁平静期与磁暴期均与CAS产品值具有较高的一致性,TEC偏差控制在2 TECU以内。河北省区域电离层模型能有效监测电离层TEC在不同地磁状态下的时空变化,提高区域导航定位服务水平。     

电离层层析VTEC投影函数模型

目前通用的电离层投影函数在电离层垂直总电子含量(VTEC)向倾斜总电子含量(STEC)转换的过程中仅考虑高度角的影响,未考虑方位角的影响。针对此问题提出了一种基于电离层层析技术的新模型。该模型通过分析电离层电子密度分布的特点,对电子密度进行合理分层;并利用各层电子含量所占总电子含量比例确定权值。通过对穿刺射线的STEC进行分段计算,并对每段电子含量与对应权的乘积求和来确定最终的STEC值。最后,将新方法和传统方法得到的STEC值分别与"STEC真值"进行比较,验证了新算法的精度和可靠性。     

NeQuick2电离层改正模型的性能评估

NeQuick2电离层改正模型是在NeQuick1模型基础上改进而来的。利用GPS实测观测值在不同卫星截止高度角情况下获得的斜路径总电子含量作为参考,对该电离层模型性能进行评价,并与常用的国际参考电离层和Klobuchar电离层模型进行比较。结果表明,NeQuick2模型获得的斜向总电子含量与实测差值的标准差保持在15TECU以内,其稳定性显著优于国际参考电离层和Klobuchar模型。