电离层延迟修正方法

电离层的分层
电离层形态是电离层中电子密度等 基本参量的空间结构（高度和经纬 度分布）及其随时间（昼夜、季节 和太阳活动周期）变化的情况。电 离层可从低到高依次分为D层、E层 和F层等，其中F层还可分为F1层和 F2层。E层和F1层中，电子迁移作用 较小，具有查普曼层的主要特性。
D层 离地面约50～90公里。白天，峰值密 度NmD和相应高度hmD的典型值分别为10厘 米和85公里左右。无线电波中的短波在该层 受到较大的吸收。
•IRI（International Reference Ionosphere）模型 •Klobuchar模型
方法比较
方法 双频伪距 双频载波相位 双频多普勒效应
Bent IRI Klobuchar Geogiadiou
复杂度
简单
较简单 较简单 简单 简单
误差改正比例
90%
60% 60% 50-60% 高于Klobuchar
电离层异常
• 冬季异常
– 夏季由于阳光直射中纬度地区的F2层在白天电离度 加高，但是由于季节性气流的影响夏季这里的分子 朝阳面电离层里的电流对单原子的比例也增高，造 成离子捕获率的增高。这个捕获率的增高甚至强于 电离度的增高。因此造成夏季F2层反而比冬季低。
• 赤道异常
– 朝阳面电离层里的电流在地球磁赤道左右约±20度 之间F2层形成一个电离度高的沟，这个现象被称为 赤道异常。
该模型着眼于尽可能使V TEC 值正确,以获得较准确的电离层 延迟量。该模型的输入参数为日期、时间、测站位置、太阳辐射 流量及太阳黑子数等,其电离层延迟修正精度达60 %左右。
Bent模型
Bent模型
IRI模型
IRI( International Reference Ionosp here) 模型由国际 无线电科学联盟(URSI) 和空间研究委员会(COSPAR) 提出的标准经验 模型,最早的模型版本为IRI - 78 ,发布于1978 年[6 ] ,之后经过多 次修正,目前采用的多为IRI - 90 或IRI - 2001 。IRI模型是目前最 有效且被广泛认可的经验模型,它融汇了多个大气参数模型,引入了太 阳活动和地磁指数的月平均参数,采用预报的电离层特征参数描述电离 层剖面。
E层 离地面约90～130公里。 白天，峰值密度NmE及其相应高 度hmE的典型值分别为10厘米和 115公里。NmE的昼夜、季节和太 阳活动周期三种变化，分别于中 午、夏季和活动高年达到最大值。 夜间，NmE下降，hmE上升； NmE≈5×10厘米，hmE的变化幅度 一般不超过20公里。
F层 离地面约130公里以上，可再分为F1
电离层扰乱
• X射线：突发电离层骚扰
– 太阳活跃时期强烈的耀斑发生时硬X射线会射击到地球。这 些射线可以一直穿透到D层，在这里迅速导致大量自由电子， 这些电子吸收高频（3-30MHz）电波，导致无线电中断。X 射线结束后D层电子迅速被捕获，无线电中断很快就会结束， 信号恢复。
• 质子：极冠吸收
– 耀斑同时也释放高能质子。这些质子在耀斑爆发后15分钟至 2小时内到达地球。这些质子沿地球磁场Baidu Nhomakorabea螺旋在磁极附近 撞击地球大气层，提高D层和E层的电离。
• 地磁风暴
– 地磁风暴是地球磁场暂时的、剧烈的骚扰。地磁风暴时F2层 非常不稳定，会分裂甚至完全消失。 在极地附近会有极光 产生。
数据采集与读取
• 数据采集
– GPS 台站数据 – 便携式GPS仪测得数据
数据采集与读取
• 数据读取
方法及数据分析
• 双频改正法
•双频伪距法 •双频载波相位法
• 模型法
PRESENTED BY
摘要
• 电离层简介 • 数据采集与读取 • 方法及数据分析
电离层简介
• 地球大气受太阳辐射作用发生电离,在地面上空形成电离层。一般情况 下,人们界定电离层的高度范围为1000km 以下。1000km 以上电离大气 的自由电子密度比较低,对电波传播的影响基本可以忽略。电离层的下 边界一般在100km 以下,随时间和空间而变化。当电磁波在电离层中传 播时,传播方向和传播速度会发生改变,相对真空传播,产生所谓电离层 折射误差。对于GPS 载波频率,电离层对测距的影响,最大时可达150m ; 最小时也有5m。因此,电离层误差是GPS 测量中不可忽视的重大误差 源之一。
和F2层。 ① F1层（离地面约130～210公里）：
白天，峰值密度NmF1及其相应高度hmF1的 典型值分别为2×10厘米和180公里。F1层峰 形夜间消失，中纬度F1层只出现于夏季，在 太阳活动高年和电离层暴时，F1层变得明显。
② F2层（离地面约210公里以上）：反射无 线电信号或影响无线电波传播条件的主要区 域，其上边界与磁层相接。白天，峰值密度 NmF2及其相应高度hmF2的典型值分别为10 厘米；夜间，NmF2一般仍达5×10厘米。在 任何季节，NmF2的正午值都与太阳活动性 正相关。hmF2与太阳活动性一般也有正相 关关系，除赤道地区外，夜间值高于白天值。
预报性
否
是 是 是 否
局限性 双频，伪距 双频，载波相位 双频，多普勒频移 中纬度范围 较少采用中国资料， 参数偏差 中纬度范围 中纬度范围
双频改正法
双频伪距法
双频载波相位法
见课件第六章 ——改进公式
但采用这种观测值时会碰到一个偏差项( N1λ1 -N2λ2) 即L 4 的模糊度Amb 的问题。
电离层的主要特性由电子密度、电子温度、碰撞频率、离
子密度、离子温度和离子成分等空间分布的基本参数来表示。 但电离层的研究对象主要是电子密度随高度的分布。电子密度 （或称电子浓度）是指单位体积的自由电子数，随高度的变化 与各高度上大气成分、大气密度以及太阳辐射通量等因素有关。 电离层内任一点上的电子密度，决定于上述自由电子的产生、 消失和迁移三种效应。在不同区域，三者的相对作用和各自的 具体作用方式也大有差异。
模型法
Bent模型 IRI模型 Klobuchar模型
Bent模型
Bent 模型属于经验模型,由美国的Rodney Bent 和 Sigridlewellyn 于1973 年提出。在该模型中,电离层的上部用3 个指数层和一个抛物线层来逼近,下部则用双抛物线层来近似。用 该模型可计算1000km 以下的电子密度垂直剖面图,获得VTEC (Vertical Total Elect ron Content ,天顶方向的总电子含量) 等参数,从而可求得电离层延迟等数据。