电离层扰动对北斗卫星导航系统定位性能的影响研究

The ionospheric disturbance is one of the key factors to influence the stability, integrity and reliability of the satellite navigation system. With the deployment of the Beidou project, the system could be affected by the ionospheric disturbance in different area of the world. Especially, this influence would be enhanced greatly in the high solar activity period. That needs to solve this influence issue in the application of Beidou system, in order to remove or weaken the issue further. In this project, the influence of the ionospheric disturbance to the positioning performance of Beidou navigation satellite system (BDS) will be studied, and the statistical conclusion will be reached in the end. The specific research contents are divided into four aspects: (1) Establish the database for data collection, classification, and analysis and validation on the influence of the ionospheric disturbance. (2) Analyze the influence of the ionospheric disturbance to the signal quality, traceability, and dilution of precision. (3) Analyze the precision and accuracy of BDS broadcast ionospheric model in the period of the ionospheric disturbance, and derive the statistical results of the influence level. (4) Analyze the influence of the ionospheric disturbance to the BDS point positioning, and validate the positioning results. It is essential to conduct this project for solving the issues not considering the ionospheric disturbance very well in the BDS applications. It is also significant to carry out this project on the early alert of the ionospheric disturbance.

电离层扰动是影响卫星导航系统稳定性、完好性和可靠性的关键因素之一。随着北斗工程的全球展开，系统将受到全球不同区域存在的电离层扰动影响，特别是太阳活动高年，电离层扰动影响大大增强。这就需要着力解决系统应用中面临的电离层扰动影响问题，以便进一步消除或减弱该问题。本项目针对电离层扰动对北斗卫星导航系统定位性能的影响开展研究，并给出定位性能受影响的统计分析结论。具体研究内容涵括四个方面：（1）建立数据收集、分类和扰动事件影响分析与评估数据库；（2）分析电离层扰动对北斗卫星导航系统信号质量、可跟踪性及DOP值变化的影响；（3）分析北斗广播电离层模型在电离层扰动期间的精度，给出模型应用精度受影响量级的统计结果；（4）分析电离层扰动对北斗卫星导航系统单点定位的影响，并对定位精度进行评估。本项目的研究对解决北斗系统应用中应对电离层扰动不足问题尤为必要，对进一步开展电离层扰动现象预警研究工作具有重要意义。

随着北斗卫星导航系统提供全球服务，电离层扰动已成为影响系统应用性能的主要因素之一。本项目着眼于北斗卫星导航系统定位性能在电离层扰动期间的受影响程度进行分析，给出影响量级及统计分析结果。本项目按照计划节点展开研究，最终完成了全部的研究内容，达成了研究目标。通过研究分析，本项目达成了如下成果和结论：1）建立了电离层扰动影响分析与评估数据库，为后续系列研究提供了基本平台。2）对北斗系统信号质量在扰动期间的受影响程度进行了全面的统计分析，结果显示除周跳外其他信号质量因素受扰程度均在较低水平。3）通过对扰动期间测站TEC的比对研究发现，扰动的确会引起测站TEC不同程度的变化，但不同等级的扰动影响情况各异，这与具体的电离层物理机制有关。4）对北斗导航电离层模型在扰动期间的应用性能进行了全面细致地分析，结果显示扰动期间模型应用精度受到影响，且不同程度的扰动与其受扰程度不存在正相关关系。5）统计分析了北斗单频点定位在扰动期间的应用精度情况，结果显示定位精度受扰动影响明显，尤其强扰动期间，定位误差极值出现概率最高。此外，项目还针对研究内容进行了拓展研究，建立高时空分辨率的区域电离层模型及高精度multi-GNSS闪烁监测系统。总体来看，本项目研究对解决北斗系统应用中应对电离层扰动不足的问题提供了重要参考，对于系统了解电离层扰动对北斗卫星导航系统定位性能影响，对消除或减弱电离层扰动影响，并进一步提出可行的预警机制及保障北斗系统高性能运行具有重要意义。