联合GNSSLEO卫星观测数据的区域电离层建模与精度评估.docx

联合GNSSLEO卫星观测数据的区域电离层建模与精度评估 本文研究了基于全球导航卫星系统（GNSS）和低地球轨道（LEO）卫星观测数据的区域电离层建模和精度评估。电离层建模是当前电离层领域的研究热点，高精度的电离层模型可以提高GNSS导航用户的定位精度，并为进一步研究电离层的精细变化提供可能。 近年来，国内外学者对全球和区域的电离层建模进行了深入的研究。充分利用各种大地测量手段的电离层观测数据对于构建高精度、高分辨率的电离层模型具有重要意义。国际GNSS服务组织（International GNSS Service，IGS）的各电离层分析中心也开始逐步提供基于多系统GNSS观测数据的全球电离层格网模型（global ionospheric map，GIM）产品。 在国内，有学者利用GPS/GLONASS双系统数据进行全球建模，建模结果与单GPS结果相差不大；利用BDS/GPS/GLONASS三系统数据进行建模，与实测电离层总电子含量（total electron content，TEC）相比，差值的均值在5 TECU以内；采用多系统观测数据对中国区域进行建模，验证了多系统比单GPS建模更具优势。 基于此，本文研究了加入LEO卫星后，不同LEO星座和建模时长对区域电离层建模的影响，分别对60、96、192和288颗4种低轨卫星星座轨道进行仿真，并对非洲区域电离层观测值进行模拟，采用15 min、30 min、1 h和2 h不同时长的观测数据进行电离层建模和精度评定。 在数据模拟和建模中，本文利用STK（satellite tool kit）软件分别对60、96、192和288颗低轨卫星星座进行仿真，仿真时间为2017年1月1日—30日，轨道预报模型采用J4摄动力模型，轨道高度为1 000 km，轨道类型为极轨（即轨道倾角接近90°），数据采样率为30 s。其中，除60颗LEO为10轨道面外，其他星座均为12轨道面。需要指明的是，GNSS轨道为真实的轨道信息。 在模拟电离层观测值时，本文采用国际参考电离层（international reference ionosphere，IRI）电子密度模型进行模拟计算，版本号为2016 Fortran版（http://www.irimodel.org/），通过该模型得到天顶方向总电子含量（vertical total electron content，VTEC），再将其转换为斜方向总电子含量（slant total electron content）。 在电离层建模中，本文对60、96、192和288颗LEO星座的仿真结果进行了比较分析，结果表明，加入LEO卫星后，电离层建模精度有所提高，但随着LEO星座的增加，电离层建模精度的提高幅度逐渐减小。在时长方面，本文发现，15 min和30 min的观测数据对电离层建模的影响最为显著，而1 h和2 h的观测数据对电离层建模的影响相对较小。 本文的研究结果表明，加入LEO卫星对电离层建模的影响是积极的，但需要考虑LEO星座和建模时长的选择，以获得最优的电离层建模结果。