全球电离层地图TEC数据的插值算法

由IGS工作组提供的全球电离层地图(GIM)是电离层重要的应用数据.卫星高度计能够提供全球实时的电离层延迟误差校正.利用GIM数据,以Jason-3时空分辨率进行电离层总电子含量(TEC)的时间维度插值和空间维度插值,其中空间维度插值采用了 Kriging插值和双线性插值两种方法.针对两种插值方法得到的总电子含量,与平滑处理的Jason-3高度计cycle80双频延迟校正值转化的总电子含量进行对比分析.结果显示:其与Kriging插值的平均偏差为0.94TECU,均方根误差为2.73 TECU,相关系数为0.91;与双线性插值的平均偏差为1.43 TECU,均方根误差为6.85 TECU,相关系数为0.61.这说明Kriging插值方法的精度明显高于双线性插值方法.

基于极大验后推估理论的全球电离层地图预报

提出了一种基于极大验后估计理论的全球电离层预报方法,基于中国科学院电离层分析中心(CAS)提供的快速全球电离层地图(GIM),实现了1天、2天和5天GIM的预报。以国际GNSS服务组织(IGS)最终GIM、Jason测高卫星提供的电离层观测信息及全球GNSS基准站实测电离层总电子含量(TEC)为基准,评估了2008-2017年CAS电离层预报GIM在全球大陆及海洋区域的精度,并与欧洲定轨中心(CODE)、欧洲空间局(ESA)和西班牙加泰罗尼亚理工大学(UPC)的预报GIM进行对比。在评估时段内,与IGS-GIM相比,CAS预报GIM精度为2.4~3.1 TECU;与测高卫星TEC相比,CAS预报GIM的精度为5.1~6.6 TECU;与全球基准站实测TEC相比,CAS预报GIM的电离层延迟修正精度优于80%。总体来看,CAS预报GIM与CODE预报GIM精度相当,显著优于ESA和UPC预报GIM。

基于掩星数据的全球电离层地图精度评估

全球电离层地图数据被广泛应用于电离层的研究中,其精度评估对于研究电离层的性质、提高定位精度具有重要意义。为了评估全球电离层地图的精度,本文基于美国大学大气研究联盟提供的ionPrf产品,计算2008年和2012年的电离层和气候卫星联合观测系统(COSMIC)垂直总电子含量(VTEC)。本文通过直方图统计、纬度分布统计、年积日分布统计和地方时分布统计等方法,对国际全球导航卫星系统服务组织(IGS)全球电离层地图(GIM)的精度进行了评估。结果表明:(1)2008年的偏差平均值为5.09 TECU,2012年的偏差平均值为9.90 TECU;(2)2008年各纬度偏差介于3~8 TECU,2012年各纬度的偏差介于6~16 TECU;(3)偏差平均值在1月取得最大值,在夏至与秋分中间取得最小值;(4)2008年各地方时的偏差介于3~7 TECU,2012年各地方时的偏差介于6~14 TECU;(5)在太阳活动高年,偏差体现出赤道异常、半年度异常和冬季异常特征。综上所述,全球电离层地图的精度与太阳活动、地理位置、季节变化、日变化密切相关。

基于滑窗初始点dSTEC定权的全球实时电离层综合

自2017年起,国际GNSS服务组织(IGS)部分电离层分析中心先后提供全球实时电离层校正服务。针对实际应用中单一分析中心实时电离层产品存在的可靠性差问题,本文提出了基于滑窗初始点差分斜向总电子含量(dSTEC)定权的全球实时电离层综合方法。以中国科学院(CAS)、法国空间研究中心(CNES)、西班牙加泰罗尼亚理工大学(UPC)及武汉大学(WHU)实时产品为基础,实现了实时全球电离层地图(RT-GIM)产品的例行综合。从电离层延迟误差修正、单频标准单点定位(SF-SPP)及单频精密单点定位(SF-PPP) 3个方面,分析2022年2月15日至2022年3月15日综合RT-GIM产品的应用性能。以IGS事后GIM为参考,本文综合RT-GIM与UPC综合RT-GIM对应的RMS为分别为3.30和3.20 TECU,二者精度相当;以定位残差95%分位数为统计量,与IGS事后GIM产品相比,综合RT-GIM对应的SF-SPP及SF-PPP精度分别低7.7%和4.9%;与北斗三号广播电离层模型BDGIM相比,综合RT-GIM对应的SF-SPP及SF-PPP精度分别提升了15.9%和9.5%。自2022年起,CAS综合RT-GIM产品已例行提交至IGS。

利用全球电离层地图分析芦山地震电离层异常变化

利用全球电离层地图（global ionosphere map,GIM）提供的垂直电子含量（vertical total electron content,VTEC）观测值,采用滑动四分位距法分析了芦山地震前后的电离层异常。为了探讨异常现象与地震之间的相关性,进一步确定了震中附近上空VTEC东向及北向梯度变化,并比较分析了2008-2012年相同时间段的VTEC变化。结果表明,2013年4月18-20日的负异常现象很可能与地震相关。通过分析震中附近电离层赤道异常的变化,发现赤道异常峰值在震前5d内明显减小,且峰值的位置向磁赤道方向移动。结合电离层负异常现象及赤道异常的变化,本文认为芦山地震孕震区内异常电场可能是引起电离层异常的主要原因之一。

不同地磁活动下全球电离层产品的评估

针对地磁活动会对电离层产品产生影响的问题,提出一种不同地磁活动下全球电离层产品的评估方法:通过评估6家电离层联合分析中心(IAACs)发布的全球电离层地图(GIM)总电子含量(TEC)数据在不同地磁活动条件下的精度,比较2018年地磁平静(8月19—24日)和扰动(8月25—30日)的2个时间段各个分析中心产品的差异。结果表明,磁暴期间,各个分析中心的平均全球总电子含量相对于平静期间可增加0.5个总电子含量单位(TECU)左右;同时磁暴期间的GIM产品精度降低,与全球定位系统(GPS)实测垂直总电子含量(VTEC)相比,各个分析中心模型均方根误差(RMS)可平均增大0.2个TECU,与詹森2号(Jason-2)测高卫星提供的VTEC相比,各个分析中心RMS可平均增大0.4个TECU;加拿大自然资源部门(EMR)和欧洲太空局(ESA)的产品受地磁扰动影响较大,欧洲定轨中心(CODE)的产品和IGS综合GIM的产品受地磁扰动影响最小;地磁扰动对各个分析中心的产品在低纬度地区和高纬度地区的精度影响较大,对中纬度地区的精度影响相对较小。

中国区域CODE全球电离层地图精度分析

电离层延迟是精密单点定位的主要误差源,双频用户可利用组合观测值消除其影响,单频用户只能利用电离层模型对其加以改正。因此电离层模型的精度对单频精密单点定位(single-frequency precise point positioning,SF-PPP)的精度至关重要。为分析欧洲轨道确定中心(Center Orbit Determination Europe,CODE)提供的全球电离层地图(global ionospheric map,GIM)在中国区域内的精度,在不同纬度范围内选取25个均匀分布的陆态网基准站,从STEC(slant total electron content,STEC)精度及单频动态定位精度两个角度对CODE GIM进行精度评估。结果表明STEC均方根(root mean square,RMS)7天内的平均值为6.38 TECU,应用CODE GIM进行单频动态精密单点定位的精度在水平方向达到亚米级,高程方向达到米级,在高纬度地区CODE GIM精度更高。