无线电掩星技术探测电离层的误差分析研究

无线电掩星技术探测中性大气和电离层已经成为探索地球空间环境、科学研究以及天气预报的较为成熟的手段,如何更好地了解数据采集和计算处理过程中出现的误差和它们的作用机制,是现今该领域的研究热点。掩星探测技术的误差主要包括平台及星上测量误差和地面反演算法误差。基于EGOPS软件和自编程序,分别采用球对称电离层双查普曼（double Chapman）模型和非球对称的国际参考电离层（international reference ionosphere,IRI）模型,模拟GPS电离层掩星数据,从而分析星上的各种测量和平台误差源以及基于球对称假设的算法误差的影响,通过反演的电离层F2层电子峰值密度来进行误差统计。结果表明:一方面,几项主要的测量和平台误差对掩星反演电离层的影响均较小,其中,2mm以下的接收机噪声误差可以保证反演精度基本不受影响;钟稳定度在10-13310-12量级范围内时,接收机钟误差对反演的影响较小,可以满足基本的精度需求;局部多路径效应的模拟正弦波信号通过误差幅度和周期共同影响反演误差;20 cm以下的轨道误差可以确保电离层反演的精度,电离层反演时采用定轨误差为10 cm量级的现有轨道,则反演结果基本不受影响。另一方面,电离层的电子密度球对称假设是反演的主要误差源,可引起高达30%的峰值密度相对误差,其误差分布具有地方时、地磁纬度和季节特性:在冬季,日出（地方时4.00 h-8.00 h）和日落（16.00 h-20.00 h）时段误差最大,冬半球误差大于夏半球,中纬（30°-60°）地区比低纬（0°-30°）和高纬区（60°-90°）的反演结果好。在夏季,误差的分布在地方时、纬度尺度上都与冬季情况相反。