【摘 要】
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全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）因其全天候全球监测、高精度等优点,使得利用GNSS观测数据精确提取电离层总电子含量（Total Electron Content,TEC）、进而研究电离层活动成为可能。同时,电离层对GNSS信号造成的延迟误差也是GNSS定位中主要误差源之一。因此,电离层TEC模型与GNSS的发展相互促进,既有利于改善
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全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）因其全天候全球监测、高精度等优点,使得利用GNSS观测数据精确提取电离层总电子含量（Total Electron Content,TEC）、进而研究电离层活动成为可能。同时,电离层对GNSS信号造成的延迟误差也是GNSS定位中主要误差源之一。因此,电离层TEC模型与GNSS的发展相互促进,既有利于改善GNSS用户的导航定位精度,也可为电离层监测和预报等研究提供数据参考。电离层结构及变化特性复杂,本文基于GNSS双频观测数据,重点研究区域电离层TEC模型的建立方法,并对建模结果进行对比及应用分析。主要研究内容概括如下:1.简要介绍了电离层建模研究现状,分析了电离层结构和变化特征,并论述了通过GNSS观测数据提取电离层TEC并利用函数建立TEC模型的原理。研究了双频载波相位平滑伪距算法,实验表明:利用载波相位平滑伪距可以提高TEC计算精度。2.实现了基于多项式函数建立单站区域电离层TEC模型。采用IGS MGEX观测网BDS/GPS数据进行建模,重点分析了单GPS、单BDS和BDS/GPS三种方式建模解算得到的DCB和VTEC精度,结果表明:总体上BDS/GPS双系统数据解算电离层TEC和DCB的精度优于单系统解算结果;VTEC建模结果与IGS具有较好的一致性,与IGS差值超过70%在-2TECU～4TECU内。研究多项式模型阶数对TEC建模的影响,结果表明:建模的精度随着模型阶数的增加而提高,但在一定阶数后,阶数的增加对模型精度的改善很小。3.实现了基于球谐函数建立区域电离层TEC模型。针对TEC可能出现零值等异常问题,提出了附加虚拟观测值结合不等式约束的电离层建模算法,建立了15～45°N、105°～135°E区域内的电离层TEC模型;通过对2019年第70～77个年积日6个IGS测站解算出来的接收机DCB结果证明DCB在7天内基本稳定,DCB解算结果基本上与CAS平均偏差小于0.5ns;使用建立的模型进行单频单点伪距静态定位应用,在BJFS站、JFNG站改正效果优于IGS电离层格网产品,在HKWS站改正效果与IGS相当。4.基于kalman滤波利用GNSS双频观测数据实现了DCB和TEC实时解算,与IGS发布的卫星DCB偏差大约在-0.7～0.62ns之间,结果表明:Kalman滤波对于DCB和TEC实时解算是可靠的,提取的电离层TEC可进一步用作TEC建模和电离层形态、扰动等研究。
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