星基反演TEC与地基GNSS TEC数据融合可行性分析

作     者：张绍成 黄龙强 殷飞 侯威震 ZHANG Shaocheng;HUANG Longqiang;YIN Fei;HOU Weizhen

作者机构：中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院湖北武汉430074 广州市城市规划勘测设计研究院广东广州510060 

出 版 物：《武汉大学学报（信息科学版）》 (Geomatics and Information Science of Wuhan University)

年 卷 期：2020年第45卷第4期

页      面：557-564页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081601[工学-大地测量学与测量工程] 0816[工学-测绘科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金(41504023) 

主　　题：总电子含量 比例因子 卫星测高 DORIS系统 GPS掩星 

摘      要：卫星测高、DORIS(Doppler Orbitography and Radio-positioning Integrated by Satellite)和无线电掩星等星基观测技术具有不受地表形态限制的全球观测范围,能够作为地基全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)电离层反演在海洋区域的补充观测。然而星基观测电离层高度范围仅限于低轨卫星轨道面以下,无法覆盖整个电离层高度范围,因此不能直接用于与地基GNSS反演的电离层总电子含量(total electron content, TEC)格网融合。针对DORIS观测反演的相对斜向总电子含量(slant total electron content,STEC),以全球电离层TEC格网(global ionosphere maps total electron content, GIM TEC)为基准,采用整体偏移方法将两者归算至统一观测尺度上;而卫星测高和GNSS掩星电离层产品则选取国际GNSS服务(International GNSS Service, IGS)组织提供的全球电离层TEC格网中均方根(root mean square, RMS)误差小于2 TECU的区域作为基准,采用2014年1月份低轨卫星观测值反演的TEC和GIM TEC数据进行对比,统计Jason-2和COSMIC(Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate)卫星反演的TEC与GIM TEC之间基于比例因子的函数关系,并将不同的观测手段归算到统一的观测尺度上,对比归算前后的TEC产品差异。并根据反演产品附近的全球定位系统(Global Positioning System,GPS)电离层穿刺点数量进行分类,验证星基电离层反演精度的有效性。对比结果显示,卫星测高、DORIS和掩星3种星基技术归算后的TEC产品与GIM TEC的匹配度在地基观测密集区域均能达到较好的符合度,而在地基观测不足区域符合度存在明显差异。考虑星基观测精度不受地域限制的特性,可认为该海洋区域的差异是由于星基观测在海洋区域观测精度比地基GNSS观测精度更高,星基观测反演的电离层TEC产品可作为海洋地区地基电离层TEC观测的有效补充。