GNSS区域电离层建模及其精度评估

作     者：崔贺杰 

作者单位：安徽理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吕伟才

授予年度：2022年

学科分类：081802[工学-地球探测与信息技术] 070802[理学-空间物理学] 07[理学] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0708[理学-地球物理学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：电离层建模 TEC 球谐函数 TEC经验模型 

摘      要：随着时代的不断发展,科技的进步带来了很多日新月异的变化。其中测绘行业的快速发展和完善能够很好的应用到科研的很多方面,就比如全球卫星导航系统GNSS(Global Navigation Satelite System,GNSS)就为电离层的研究提供了很好的平台。本文主要对于地球大气的主要组成部分之一的电离层进行研究,因其对于GNSS观测数据会造成延迟误差,影响GNSS的定位精度,所以通过研究电离层的结构、变化特征以及提取高精度的电离层中的总电子含量TEC(Total Electron Content,TEC)去构建模型来减小或者消除电离层所造成的延迟误差。进行电离层的区域模型构建其实与构建高精度的TEC模型有着相关的联系,二者可以相互促进发展。通过模型的构建可以做到提高GNSS观测的定位精度,同时也可以为我们对于电离层的研究和对于其异常变化的监测带来很多可利用的实验参考依据,促进人们对于电离层的认知和其带来的不必要的影响。电离层有着复杂的结构和变化特征,所以本文将对于电离层进行区域电离层建模的研究,介绍其相关结构和变化特征,以及建模的原理方法并通过采用一种函数模型去完成电离层区域模型的构建,分析构建模型的结果以及应用。主要研究内容概括如下:1.简要介绍电离层建模的研究背景和意义,以及关于电离层建模的国内外研究进展。接着会分析电离层自身的结构以及所具有的变化特征以及对于GNSS信号传播的影响(其中包括硬件延迟所带来的影响)以及其具有的异常现象及相关指数,同时也会对于电离层的提取TEC做出介绍,对于电离层的GNSS观测信息确定和载波相位平滑伪距观测做出简要介绍。通过这些介绍来构建电离层区域建模的理论框架,为完成模型的构建做基础。2.介绍电离层模型构建的方法以及基本原理,STEC(Slant TEC,STEC)转换为VTEC(Vertical TEC,VTEC)的投影函数以及电离层建模常用的模型比如电离层的经验模型、数学模型以及电离层的随机模型。3.基于电离层建模当中常用的数学函数模型中的球谐函数去进行电离层区域模型的构建,通过对于数据的下载和解算,利用球谐函数模型建立低纬度地区(30°S-30°N,180°W-180°E)的区域电离层模型。得出结论为如果基于单一数据源(即COSMIC2 TEC)建立的TEC模型要相比较于融合数据源(COSMIC2TEC和CODE TEC)建立的电离层模型仅仅只能展现总体变化趋势,对TEC细节变化和赤道异常现象的则不如融合数据源建立的COSGIM模型,该模型能够更好的电离层TEC的变化特征。4.基于谐波函数去构建电离层单站TEC经验模型。介绍两种不同情况下使用的电离层TEC经验模型,然后在2016年和2020年的时候选择三个单站下载数据,在二分点和二至点四个时间点分别构建他们的TEC经验模型,并对其结果做出分析。得出在MSNA区域以外的两个单站mkea站和brst站的TEC经验模型具有较好的拟合效果,能够反映出电离层每日的变化特征。而位于MSNA区域的ohi3站则反映出电离层的异常现象。图[30]表[5]参【90】