伽利略 电离层延迟

第４Ｏ卷　第１期　２０１５年２月　全球定位系统　ＧＮＳＳ　Ｗｏｒｉｄ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｖｏ１．４０，Ｎｏ．１　Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０１５　

广义三角级数函数电离层延迟模型计算　

崔书珍　，周金国　，邓　军　

（１．重庆工程职业技术学院，四川重庆４０２２６０Ｉ２．国家测绘地理信息局重庆测绘院，四川重庆４０００１５）　

摘　要：本文分析了常用的局部电离层延迟的模型特点，选取广义三角级数函数模型作　

为本文程序设计所采用的数据处理模型，利用ＭＡＴＬＡＢ编程语言设计了利用相位平滑伪距　

观测值获取测站上空ＶＴＥＣ的程序，并对其解算结果进行了精度评定。　

关键词：ＭＡＴＬＡＢ；ＶＴＥＣ；广义三角级数函数模型　

中图分类号：Ｐ２２８．４　文献标志码：Ａ　文章编号：１００８－９２６８（２０１５）０１—００６９—０４　

０　引　舌　

常用的局部电离层垂直总电子含量（ＶＴＥＣ）　

模型有多项式模型、曲面模型、广义三角级数函数　

模型。这三种模型都可以模拟数小时电离层的　ＶＴＥＣ，并保持较高的模拟精度口］，但如果要模拟　

一天的电离层延迟，建立在日固系的多项式模型和　

曲面模型均需分成６～８个测段才能保证精度，但是　

各个测段之间的电离层延迟的连续性并无理论上的　

保证　］，因而影响长时段（１天）的电离层延迟信息　

的处理；而建立在地磁参考系下的广义三角级数模　

型具有更强的描述和拟合长时段电离层延迟变化和　

影响特性的能力，能较好地反映电离层活动特性。　

１　投影函数　

为了方便计算，常将电离层压缩为一个单层，　

将电离层所有自由电子都集中在这个厚度为无限　

薄的单层上，用该单层代替整个电离层。借助于电　

离层投影函数（ＭＦ），可实现倾斜路径上的电离层　

延迟到垂直方向上延迟之间的转换。一般将ＭＦ　

视为卫星高度角Ｅ的函数，具体定义为斜电离层延　

迟与垂直电离层延迟的比值：　

ＭＦ（Ｚ）一ＴＥＣＩＰＰ／、，，丁ＥＣ．　（１）　

电离层单层模型投影函数有多种Ｌ２］，本文选择　

GPS电离层延迟改正模型

摘要:介绍目前常用的几种电离层延迟改正模型，主要包括Bent模型、国际参考电离层模型IRI、NeQuick模型、Klobuchar模型几种经验模型，并着重介绍了利用双频实测数据建立区域性电离层模型的方法。

关键词电离层，电离层延迟，电离层模型

Abstract: this paper introduces several kinds of currently used fur ionospheric

delay correction model, mainly including Bent model, international reference the

ionosphere model IRI, NeQuick model, Klobuchar model several experience model,

and introduces mainly the measured data of the experiments to construct a regional

ionosphere model method.

Key words the ionosphere, the ionosphere delay, the ionosphere model

因电离层的变化错综复杂，我们现在无法完全清楚它对GPS观测的影响机理，但它不是没有规律可循的，根据我们已掌握的电离层特性，我们可以建立有效的电离层延迟改正模型。现有的电离层延迟改正模型主要有经验模型Bent模型、IRI模型、NeQuick模型、Klobuchar模型及根据某一时期某一时段的实测数据建立起来的模型。本文将对经验模型做扼要的介绍，并着重对实测模型进行介绍和探讨。

一、经验模型

（一）、Bent模型

Bent模型是一种适合用于全球范围的经验模型，它能预算出电离层电子密度及电磁波因摩擦产生的延迟和方向变化。该模型计算电子密度随高度的变化并由此获得电磁波的传播距离，距离变化率和角的摩擦修正及总电子量。该模型的输入参数为日期、时间、测站的粗略位置、太阳辐射流量及太阳黑子数等。

第３６卷第ｌ２期　２０１６年１２月　大地测量与地球动力学　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｄｅｓｙ　ａｎｄ　Ｇｅｏｄｙｎａｍｉｃｓ　Ｖｏ１．３６　ＮＯ．１２　Ｄｅｃ．，２Ｏ１６　

文章编号：１６７１－５９４２（２０１６）０１２—１０６９—０４　

地基ＧＮＳＳ区域电离层延迟实时格网算法研究　

王　倩　章红平　黄　玲　李东俊　

１武汉大学ＧＮＳＳ研究中心，武汉市珞喻路１２９号，４３００７９　２航天恒星科技有限公司，北京市知春路８２号，１０００８９　

摘　要：采用中国区域陆态网络跟踪站的ＧＮＳＳ数据，利用载波相位平滑后的组合伪距观测值提取电离层延　迟，扣除由Ｃ０ＤＥ产品确定的卫星硬件延迟，利用半变异函数确定ＶＴＥＣ的空间相关性以及由经验值确定的　时间相关性，建立ＶＴＥＣ和接收机ＤＣＢ的随机模型，实现区域电离层实时格网建模。结果表明，模型９９．７　的残差分布在１　ｍ以内，内符合精度约０．３　ｍ。以ＩＧＳ电离层ＧＩＭ为参考，格网点ＶＴＥＣ周日变化特征与之　符合较好。接收机硬件延迟比较稳定，日变化量在ｌ＿５　ｎｓ以内；利用ＩＧＳ卫星硬件延迟和球谐系数，从原始　观测信息中分离出区域测站接收机硬件延迟，以此为参考，周日均值较差在２　ｎｓ以内。　关键词：电离层；格网模型；半变异函数；ＶＴＥＣ；ＤＣＢ　中图分类号：Ｐ２２８　文献标识码：Ａ　

电离层延迟是ＧＮＳＳ定位的主要误差源。　反映全球电离层延迟平均状态的经验模型虽然简　

单实用，但精度不高［１］，改正效果一般在６０％左　右。对某一时段某一区域内实际测定的电离层延　

迟，采用数学方法拟合的模型，如三角级数展开模　型、二维多项式模型、球谐函数模型和格网模型　

等　精度较高。常用的格网模型算法有区域加　权平均、三角格网内插、克里金插值等，但在实际　

应用中各有不足。比如区域加权平均算法不具有　分离硬件延迟偏差的能力［５　；三角格网内插方法　参数过多、计算量较大，且测站、卫星的硬件延迟　

偏差参数列相关，无法直接分离口］。由于卫星的　

gnss电离层延迟改正及应用研究

GNSS（Global Navigation Satellite System）电离层延迟是指GNSS信号在穿过电离层时被电离层中的电子密度引起的延迟。由于电离层中电子密度的变化，电离层延迟对于GNSS信号的传播具有显著的影响，会引起测量误差。因此，对电离层延迟进行改正是GNSS测量中的一项重要任务。

目前，常用的电离层延迟改正方法主要包括单频改正、双频改正和模型改正。

1. 单频改正：单频测量只有一个频率，无法准确测量电离层延迟。但是，可以利用历史观测数据和电离层的统计特性来估算电离层延迟，从而进行修正。

2. 双频改正：双频测量具有两个频率，可以通过对两个频率的信号进行差分处理，消除电离层延迟的影响。通过计算双频组合观测量，可以得到电离层延迟的改正值。

3. 模型改正：利用电离层延迟模型，如Klobuchar模型，可以根据电离层电子密度的垂直分布来估算电离层延迟。这种方法需要接收站和卫星之间的位置信息和时间信息，以及电离层的参数。

电离层延迟的应用研究主要包括以下几个方面：

1. 定位精度提高：通过对电离层延迟进行改正，可以减小GNSS信号传播误差，提高定位精度。

2. 电离层监测与预测：通过对电离层延迟的实时测量和分析，可以监测电离层的变化，预测电离层异常现象（如电离层扰动）的发生，为GNSS应用提供预警信息。

3. 空间天气研究：电离层延迟与太阳活动和地球磁场的变化密切相关，通过分析电离层延迟的变化，可以研究太阳活动对电离层的影响，深入了解空间天气现象。

总之，电离层延迟的改正和应用研究对于提高GNSS定位精度、监测电离层变化以及研究空间天气等方面具有重要意义。