多GNSS高精度电离层延迟精细建模及异常扰动预警研究

In order to build more refined ionospheric delay model and early warning anomalous disturbance mechanism, high-precision ionospheric delay need to be obtained using GNSS observation. Based on pseudorange and phase observation of multi-GNSS network, the rapid, efficient ionospheric delay is estimated by PPP(Precise Point Positioning) technology in this project, thus ionospheric delay and model precision is improved; To improve the precision of solution parameters, the consistency of ionospheric dealy, corresponding compensation algorithm and the optimal fusion method are studied and analyzed; Combined with ionospheric anomalous disturbances triggering mechanism research, then built the function model of ionospheric outliers, the trigger time, the last time, disturbances epicenter and magnitude of ionospheric anomalous disturbances can be accurately monitored and forecasted. Refined modeling, forecasting and early warning of high precision ionospheric dealy using multi-GNSS data can be completely compared and evaluated, the project provide theoretic and technical support for precision positioning, disaster monitoring and space science.

为了基于多GNSS观测获取高精度电离层延迟，以构建精细电离层延迟模型和异常扰动预警机制。本项目拟研究基于多GNSS系统伪距、相位观测，采用精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)技术进行快速、高效的高精度电离层延迟估计方法、策略，增强、提升电离层延迟和模型的精度；分析、研究多GNSS对应电离层延迟的一致性和补偿算法及其最优融合处理方法，以提高估计参数的精度；研究电离层异常扰动的触发机制，构建电离层异常值函数模型，实现对电离层异常扰动发生时刻、持续时间、发生源地点和级别评估四要素的精确监测和预报。通过系统、全面地比对和评估，实现多GNSS高精度电离层延迟的估计和精细模型的建立及其扰动预警、预报，为高精度导航定位、灾害监测和空间科学研究提供理论支持与技术保障。

本项目主要工作和创新之处体现在：.(1)采用PPP技术固定载波相位模糊度，利用carrier-range和球谐函数，建立了电离层延迟模型，并进行了全球电离层反演试验。首先，采用全球均匀分布的合适的网计算卫星端的UPD，对测站进行PPP定位，利用生成的UPD进行模糊度固定，然后将载波相位观测值转换成carrier-range，利用生成的carrier-range的新rinex文件，建立电离层延迟改正模型，进行全球电离层反演试验。该方法不需要估计模糊度，载波相位相比伪距解算的电离层延迟，精度和计算效率将大幅提高。.(2)融合BDS/GPS/GLONASS三系统采用载波相位平滑伪距观测值和球谐函数，建立了电离层延迟改正模型，并进行了全球电离层反演试验。分析结果表明：电离层延迟格网值与IGS各分析中心最终产品对比精度均在4个TECU以内，均值为0.675个TECU。与基准站GNSS实测TEC信息比较，差值的均值在5个TECU以内。此外，还对计算得到的频间偏差月综合产品进行了外符合精度和稳定性的分析，结果表明GPS精度优于GLONASS，而BDS稳定性则较差。.(3)通过数据对比分析，Kriging方法能够充分利用格网点之间的相关性，内插结果平滑、使其更趋近于真值；同时Kriging方法能较好的弥补测站过少引起的局部区域和边缘区域不完善的缺点，内插电离层精度较高；实验数据表明，在高纬度地区RME在1.5TECU以内，赤道地区RMS也可以稳定在2.2TECU。.(4)简要介绍了各IRI电离层模型版本特点及常用源程序，下载并布设了IRI-07、IRI-12及当前最新版本IRI-16，分别计算了各版本电离层平静日和活跃日的全球电离层数据，将计算结果与欧洲定轨中心（CODE）的电离层数据作对比，并对各版本精度结果进行了统计分析。.(5)针对电离层高阶项的原理和影响因素的问题。结果表明：影响电离层高阶项的主要因素为地理纬度，与测站所处的地势情况几乎无关连；是否加入电离层高阶项对我国25°N以下的省份影响较大，特别是广东、广西、海南等省，高程方向最大影响可达厘米级；且呈现由南往北影响逐渐递减的趋势，在东北地区影响均在1mm以下。为各省GNSS基准站在使用过程中是否加入电离层高阶项改正提供了理论支持和参考作用。