电离层模型精度比较

电离层模型精度比较

巩岩，韩保民

（山东理工大学建筑工程学院，山东淄博255049）

摘要：为了更好的进行电离层延迟改正，使用了常用电离层模型NeQuick模型和IRI 模型，随机选取某几天的某几个时刻进行数据处理，将得到的结果与IGS分析中心结果进行比较。结果表明，用不同的模型得到的TEC值不一样，精度不同，其中的精度更高。

关键字：NeQuick模型；IRI模型；TEC

众所周知，电离层是围绕地球的一层离子化的大气，它的电子密度、稳定程度和厚度等都在不断变化着，这些变化主要是受太阳活动的影响。太阳发生质量喷发时，可产生数以百万吨计的物质磁云飞入空间，当这些磁云到达地球电离层时，就会使电离层的电子密度发生很大变化，产生所谓的电离层暴，造成严峻的空间天气状况，严重时可以中断无线电通信系统和损害地球轨道卫星（如通信卫星）。当GPS信号传播到地球或低轨飞行器时，必须穿透电离层，此时就会产生路径延迟（等价于相应的延迟），而电离层延迟误差是GPS定位中的一项重要误差源，特别是2000年5月美国政府宣布取消了SA政策以后，电离层延迟被认为是影响GPS定位精度的最大误差源。因此对电离层活动的监测和预报，或许可以给出早期的预警信息，以便及时保护贵重的通信卫星，揭示太阳和电离层中某些现象发生的规律性，以及了解地球磁场及其他圈层变化和相互作用的规律。

1电离层模型方法与原理

电离层活动的监测很难建立完善的理论预报模型，目前大都采用统计规律及经验模型做预报，但准确率不高。电离层TEC的长期预报模式大致分两类，一种是利用NeQuick模型预测的电子密度计算TEC，二是利用IRI模型预测的电离层剖面计算电离层TEC。

1.1NeQuick模型

NeQuick模型是由意大利萨拉姆国际理论物理中心的高空物理和电波传播实验(ARPL OICTP, Trieste)与奥地利格拉茨大学的地球物理、气象和天体物理研究所(IGAM,U2niversity of Graz) 联合研究得到的新电离层模型, 该模型已经在欧空局EGNOS项目中使用, 并建议Galileo系统的单频用户采纳来修正电离层延迟。

NeQuick模型不仅可以计算任意点的垂直方向电子总含量和斜距方向上电子总含量，也可以用参数NmF2(F2层的电子密度)和hmF2(F2层峰值的高度)来表示给定时间和位置的电子浓度，从而得到电离层的垂直电子剖面图。该模型提供一种描述三维电离层图像新方法。在计算高度100km到hmF2电子浓度时，模型使用欧盟科技合作项目COST238和COST251中表示Ep stein层的DGR公式(Radicella and Leitinger, 2001)。这些参数值是时间和位置的函数，可以在国际电信联盟无线电部(ITUOR)的数据库中得到，该数据库提供各种参数的月平均值。

标准NeQuick模型在输入月份、地理纬度和经度、高程和协调世界时以后，可以给出卫星信号到接收机传播路径总电子含量或者是卫星与卫星之间总电子含量以及给出高度能到20000km的电离层垂直剖面图。模型同时还需要太阳活动参数： R12 (太阳黑子数每月平均

值)或F10.7 (太阳光波长为10.7cm的射电辐射流量。

1.2IRI模型

IRI模型是在国际空间研究委员会(Committee On Space Research，COSPAR)和国际无线电委员会(International Union of Radio Science，URSI)的联合资助下，从1960年开始由IRI 工作组通过30多年的努力，利用可以得到的所有数据资料(包括ionosondes、非相干散射雷达、卫星资料、探空火箭资料)建立的标准经验模型。它融汇了多个大气参数模型，引入了太阳活动和地磁Ap指数的月平均参数，描述了无极光电离层在地磁宁静条件下特定时间、特定地点上空50～2000km范围内的电子密度、电子温度、离子(0+、H+、He+、NO+、02＋)温度、离子成分、电子含量等月平均值。目前公布的最新模型是IRI2001，于2003年发布。从2000年开始，IRI工作组就研究如何把全球电离层模型(Global Ionosphere Model，GIM)和其他空间无线电探测技术的观测结果导入IRI模型，以提高其精度。同时也考虑增加离子漂移、极光和极区电离层、磁暴效应等模型成分。

IRI电离层模型是一种统计预报模式，反映平静电离层的平均状态，能够给出较好的全球电离层形态。该模型也适用于实时快速的GPS接收机定位时进行电离层延迟改正，同时，该模型不受地域的限制，适用于全球的任何地方。不足之处是由于较少或没有采用中国区域的资料，根据插值求得的一些主要参数，在中国地区产生不同程度的偏差。

2算例及分析

3结论

参考文献：

[1] 王小亚、朱文耀，GPS监测电离层活动的方法和最新进展,天文学进展，2003，21（1）：33-40

[2] 向淑兰，何晓薇，牟奇锋，GPS电离层延迟Klobuchar与IRI模型研究，微计算机信息，200-202

[3] 刘卫国，《Matlab程序设计教程》，北京，中国水利水电出版社，2006

[4] 袁运斌，基于GPS的电离层监测及延迟改正理论与方法的研究，博士论文，武汉，中国科学院测量与地球物理研究所，2002

[5] 韩玲，区域GPS电离层TEC监测、建模和应用，硕士论文，上海，中国科学院上海天文台，2006

[6] 李征航，黄劲松，《GPS测量与数据处理》，武汉，武汉大学出版社，2005