利用载波相位平滑伪距分析深圳市电离层变化规律

2014-12-14罗和平

测绘工程 2014年2期

罗和平，邱蕾

（深圳市地籍测绘大队，广东深圳518034）

在GNSS精密定位中，关键的技术之一就是如何削弱电离层延迟误差的影响。其中电离层延迟误差可以用总电子含量（total electron content，TEC）表示，因此，研究TEC的变化规律对于消除电离层延迟误差十分重要。电离层延迟误差的计算通常可以采用两种模型，一种是利用多年来的经验建立的相关模型来改正电离层延迟，另外一种是利用载波相位联合伪距建立的模型来消除电离层延迟误差，本文主要利用后一种方法来计算天顶方向的总电子含量。

本文基于深圳市连续运行参考站2009年的观测数据，利用载波相位平滑伪距计算天顶方向的电离层延迟，然后采用曲面拟合模型，对电离层模型系数以及硬件延迟进行估计，得到电离层总电子含量。分析了深圳市电离层的季节性变化及其周日变化，并得出一些有益结论。

1 利用载波相位平滑计算VTEC

天顶方向的总电子含量（VTEC）可以利用GNSS观测值进行计算。

2 建立区域VTEC模型

利用以上得到的载波平滑伪距后的观测值计算出穿刺点处的电离层延迟，并且采用曲面拟合VTEC模型。

式中：φ0为测区中心点的地理纬度；φ为穿刺点处的地理纬度；λ为穿刺点处的地理经度；S为观测时刻穿刺点处的太阳时角；S0为测区中心点在t0时的太阳时角；E为模型系数；n，m为曲面拟合模型中泰勒级数展开的阶数；VTEC为天顶方向的总电子含量TEC。

本文在对数据进行处理的时候，先分时段设定电离层模型系数，并将当天的硬件延迟当作一个未知数，通过单个测站组成法方程，进行求解，从而估计出天顶方向的总电子含量TEC。

3 数据分析

利用上述方法，将深圳市连续运行参考站2009年的观测数据进行计算，将TEC值绘制成曲线图。图1为深圳市连续运行参考站2009年的TEC值月曲线变化图，横坐标为月份，纵坐标为TEC值。图2为深圳市连续运行参考站2009年的TEC值日变化曲线图，横坐标为时间（24h），纵坐标为TEC值。

从图1可以看出，深圳市电离层延迟在春秋季电离层TEC值较大，在夏冬季电离层TEC值较小，且秋季的TEC比春季的TEC大。

从图2中的日变化曲线可以看出，在5时（北京时间13：00）的斜率最大，TEC的变化最为剧烈。TEC最大值一般出现在6时（北京时间14：00），并且冬季最大值一般出现的较早，夏季最大值出现较晚。TEC最小值一般在21时（北京时间5：00）。11月的日变化量最大，TEC值从0TEC变化到120TEC，1月的日变化量最小，从0TEC变化到35TEC。由此可见，电离层TEC的大小很大程度取决于太阳的活动强度，电离层TEC白天变化幅度较大，夜晚变化幅度较小，为常数。

图1 月变化曲线图

4 结论

本文计算了2009年深圳市电离层TEC的变化情况，发现电离层TEC的大小与太阳活动强度具有很强的相关性，深圳市电离层延迟在春秋季电离层TEC值较大，在夏冬季电离层TEC值较小，且秋季的TEC比春季的TEC大。日变化量最大的月份是11月，日变化量最小的月份是1月份，TEC最大值一般出现在6时（北京时间14：00），并且冬季最大值一般出现的较早，夏季最大值出现较晚，TEC最小值一般在21时（北京时间5：00）。