基于地基GNSS和COSMIC掩星观测资料的区域电离层模型精化方法

The precise ionospheric model is very important for studying the ionospheric activity and improving the accuracy of navigation and positioning. Due to the limited temporal and spatial resolution of the observed data, the accuracy of ionospheric modeling is seriously restricted. The project integrates the observations provided by the global navigation satellite system (GNSS) and the constellation observing system for meteorology ionosphere and climate (COSMIC) occultation observations，and designs and implements the effective fusion method. The influence of polynomial function, low-order spherical harmonic function and generalized triangular series function on the accuracy of regional ionospheric model is studied, and the weighted least squares multi-adaptive regression spline (WLS-MARS) ionospheric TEC model is proposed to construct an accurate regional ionospheric model. And the prototyping experiments are carried out for the regional ionospheric model refinement in Jiangxi area. The project aims to effectively build an accurate regional ionospheric model, expand the ionospheric cognitive theory and its application in satellite navigation and positioning potential.

精确的电离层模型对研究电离层活动和改善导航定位精度具有十分重要的意义。由于观测资料的时空分辨率十分有限，严重制约了电离层建模精度。本项目综合集成地基GNSS所提供的观测数据以及COSMIC掩星观测资料，设计实现有效的融合方法；分析研究多项式函数、低阶球谐函数和广义三角级数函数对区域电离层模型精度的影响规律，提出加权最小二乘的多元自适应回归样条WLS-MARS电离层TEC模型，构建精确的区域电离层模型。并针对江西地区的区域电离层模型精化开展原型实验研究。本项目成果旨在有效的构建精确区域电离层模型，拓展电离层认知理论及其在卫星导航定位中的应用潜力。

精确的电离层模型对研究电离层活动和改善导航定位精度具有十分重要的意义。利用地基GNSS和空基掩星观测数据构建高精度电离层模型，探测和研究电离层的活动及其变化规律是目前的研究热点。电离层具有较强的局部和区域特性，是系统性、随机性、规律性以及无序性的有机组合。监测电离层的各种物理活动和特性，在很大的程度上取决于电离层总电子含量(Total Electron Content, TEC)的精度和可靠性。监测区域上空的电离层TEC活动状况，对深入了解电离层无线电信号的干扰机制和原理，探求一种有效监测电离层突发和极端事件的方法，进一步提高区域内空间环境的减灾和防灾能力具有重要的科学和参考价值。.本项目主要研究内容如下：(1) 本研究在地基GNSS获取TEC的基础之上，联合掩星COSMIC观测数据构建区域电离层TEC模型，探讨GNSS/COSMIC观测数据的融合方法，采用Helmert方差分量估计进行该数据的融合。选取不同的台站进行电离层建模，分别通过多项式函数、低阶球谐函数和广义三角级数函数估计电离层模型系数、卫星和接收机卫星硬件延迟偏差(Differential Code Bias, DCB)。(2) 电离层TEC作为电离层的一个重要特征参量，对其精确的预报可以有效的为人们认知近地空间环境。利用国际GNSS服务组织(international GNSS service, IGS)中心提供的不同纬度的电离层TEC值或区域自建模获取的电离层TEC值，建立多种基于深度学习的预报模型，并进行统计分析。(3) 电离层扰动严重影响着是GNSS精确定位，同时，GNSS观测技术广泛应用于确定电离层扰动的主要参量TEC。利用磁暴期间的中国中低纬度地区电离层扰动进行分析研究。该研究分析了磁指数的变化，用GNSS站阵列分析研究可看到电离层不规则的幅度以及地磁风暴对GNSS定位的影响。.此外，开发了多源数据融合的电离层建模和电离层空间环境监测科研软件，可用于分析空间环境的精细结构，为导航定位以及极端空间环境灾害监测提供服务。