联合半参数和长短期记忆神经网络的全球电离层TEC短期预报

半参数球谐函数(Semiparametric Spherical Harmonic,Semi-SH)模型能减少电离层预报模型误差以及残余周期带来的系统误差.但是半参数球谐函数模型中窗宽参数的选取会带来一定的估计偏差,本文利用长短期记忆神经网络(Long-Short Term Memory Networks,LSTM)在非平稳性时间序列预报中的良好适应性,提出了一种联合Semi-SH与LSTM(Semi-SH-LSTM)的全球电离层TEC短期组合预报模型,适用于1—5天的短期预报.Semi-SH-LSTM模型通过预报球谐函数系数解算全球电离层TEC,利用二次多项式和半参数核估计方法分别拟合球谐系数趋势项和周期项,最后基于LSTM对拟合残差进行补偿预报.本文利用欧洲定轨中心(Center for Orbit Determination in Europe,CODE)球谐函数系数产品,采用单天预报和多天预报两种实验方案验证Semi-SH-LSTM模型的有效性.实验结果表明,相比于Semi-SH模型和综合半参数与自回归模型,Semi-SH-LSTM模型的单天全球TEC预报残差RMS值分别提升了12.6%和13.1%;误差小于1 TECU占比分别提升了4.9%、4.6%.基于Semi-SH-LSTM模型的多天全球TEC预报残差RMS值分别提升了10.5%和8.5%,误差小于1 TECU占比提升了3.9%和3.2%.同时,半参数LSTM组合预报模型每预报一天耗时约在2 h以内.

磁暴环境下在线PPP服务系统性能评估

针对当前面向强磁暴环境的在线精密单点定位(PPP)服务性能缺乏必要的评估分析,基于全球171个站点的全球卫星导航系统(GNSS)观测数据,系统性地评估了加拿大空间参考系统精密单点定位(CSRS-PPP)、自动精密定位服务(APPS)及内特-迪弗(Net_Diff)3种在线PPP服务系统,在2017-09-08强磁暴环境下的动态PPP定位性能。实验结果表明:在电离层平静环境下,3种在线PPP服务系统的动态PPP定位精度均可达厘米级。在强磁暴环境下,CSRS-PPP动态PPP定位精度为厘米级,且随着电离层异常强度的变化,定位性能变化不明显;APPS出现了数米的定位偏差,最大可超过10 m;Net_Diff动态PPP定位性能优于APPS,但在强磁暴环境下仍会出现数米的定位偏差。与中、低纬地区的GNSS跟踪站不同,强磁暴引起的电离层异常主要影响高纬GNSS测站的观测数据,从而影响在线PPP服务系统的定位性能。统计结果表明,CSRS-PPP、Net_Diff、APPS动态PPP的均方根(RMS)平均值分别为0.043、0.538、1.291 m。建议GNSS用户在强磁暴环境下首选CSRS-PPP在线服务。