GNSS广播电离层模型在极区改正效果分析.docx

GNSS广播电离层模型在极区的改正效果分析摘要电离层时延为GPS测量中最棘手、最严重的误差源，而极区结构复杂波动较大，电离层延迟极大影响了GPS测量精度，故在极区选取一个简单有效的电离层模型极为重要。本文将GPS及BDS采用的不同的Klobuchar模型以及Nequick模型计算的极区总电子含量，以欧洲定轨中心提供的GIM模型电离层产品作为参考标准，研究三种广播电离层模型在北极地区的中误差和模型改正率。选取了2009年到2013年共计5年的时间数据进行分析。结果表明，纬度57.5°以上地区电离层改正GPS系统采用的Klobuchar模型基本不适用，但改正效果依然优于BDS。而Nequick模型改正效果弱于中低纬度，改正率整体在40％左右。关键词Klobuchar模型；Nequick模型；GIM模型；总电子含量；极区ANALYSIS OF THE GNSS RADIO IONOSPHERIC MODEL CORRECTION IN POLAR AREAAbatractThe time delay in ionosphere is the most dominant error source in Global Navigation Satellite System.The ionospherein polar area is changeable, which greatly damage precision of GPS.It’s important to find a an appropriate broadcast ionospheric model.Compared to the observed VTEC data derived from GIM model, we compares the effects of these two correction models（two kinds of Klobuchar model adopted by GPS/BDS and Nequick model）on the ionospheric delay of positioning accuracy. We can draw a positive conclusion that in the area?at?latitude more than 57.5°,Klobuchar model adopted by GPShave?a?negative?effect in?most?cases,but better than BDS.Nequick model performs worse than middle and low latitudes, its correction effect is mostly about40%.Key words: Klobucharmodel;Nequickmodel;GIMmodel;TEC;polar电离层延迟是GPS测量中最棘手、最严重的误差源，双频用户可以通过电离层组合削弱电离层一阶项影响，而对于单频用户而言，只有采取相对简单有效的电离层经验模型，才能削弱电离层延迟影响，满足定位要求[1]。GPS/Galileo两大卫星导航定位系统，分别采用的是Klobuchar模型（简称GPS K8模型）和Nequick模型作为其单频用户使用的电离层经验模型。近年来我国正在发展自己的北斗卫星导航系统（BDS），建立这样一个电离层模型尤为重要，目前BDS采用的是改进的Klobuchar模型（简称BDS K8模型）。由于电离层模型原理不同，不同的电离层模型的表现有所不同，国内外已经进行了大量的研究评估不同的电离层模型[2,3]。如国内的武汉大学、中国科学院测量与地球物理研究所、上海天文台等，国际上有CODE、JPL、NRCan、UPC等。两极地区电离层延迟相对中低纬度较小，但结构复杂波动较大，磁暴期间极区电离层电子密度显著增加且剧烈波动[4]，伴随发生强烈的电离层闪烁现象，极大影响了GPS测量精度，但这也为GPS电离层研究提供了新途径，例如基于由GPS双频观测值计算求得的TEC，进而可以定量估计许多重要的电离层效应[5]。然而，在过去的几年内，国内很少有模型对极区进行评估，原因是以往南北极人类活动少，两极地区研究实用性较小。而近年来，极区的科研、资源、旅游、经济、军事等活动日益频繁，两级地区研究的重要性日益突出。由于Klobuchar模型和Nequick模型已经对单频用户开放且被广泛采用，故本文选取Klobuchar模型以及Nequick模型进行对比分析。1模型介绍及评估方法1.1Klobuchar模型Klobuchar模型1987年由Klobuchar提出，由Bent模型简化而来，被广泛认为是一种