基于拟准像素的GNSS电离层层析成像新算法研究

GNSS电离层层析成像技术可有效监测与反演电子密度的时空变化，引起越来越广泛的重视。针对电离层层析系统中的不适定问题，本项目提出了基于电子密度拟准像素的电离层层析成像算法新思路：首先，依据电子密度在垂直高度上的变化梯度，设计并划分非等间距的层析系统像素格网，提高电子密度的垂直分辨率；在此基础上，依据电离层时空变化活动规律与特性，将电离层层析系统电子密度像素分成"拟准像素"与"非拟准像素"两部分，通过对"拟准像素"施加合理的约束(非数学意义上的强制附合)，克服电离层层析系统的秩亏问题，提高电子密度的反演精度与可靠性。本项目研究为有效克服电离层层析系统的不适定性开辟了新途径，具有重要的学术意义，同时也在电离层扰动监测及延迟修正等领域具有良好的应用前景。

围绕课题计划，开展了如下研究：（一）GPS电离层层析算法研究：（1）提出顾及电离层层析反演算法中松弛因子对电子密度精度影响，建立基于经验取值的新层析迭代模型，提高反演精度；（2）提出依据电子密度变化划分不等间距像素格网方法，提高电子密度反演分辨率并提升计算效率；（3）提出联合地基/星载GPS掩星数据及低轨卫星定轨观测数据进行电离层层析反演新方法研究，提高电子密度反演精度；（4）提出采用近似高斯距离加权函数的平均滑动窗口对电离层反演区域内的电子密度像素施加约束，克服在电离层观测信息缺失区域反演电子密度结果与初值模型的依赖；（二）消除或减弱卫星频间偏差影响的处理方法研究：（1）提出分步分离卫星频间偏差与电离层参数的思路(IGGDCB法)，自适应选择部分频间偏差稳定性较好的卫星构造新“拟稳”基准，实现频间偏差的精确估计，为利用北斗数据开展电离层层析技术研究奠定基础；（2）针对我国北斗系统建设初期的卫星布设以GEO与IGSO为主，特别是GEO卫星的电离层观测相对地面保持静止，电离层观测覆盖区域有限且观测数据量有限，造成北斗卫星仪器偏差难以准确确定的问题，提出GPS辅助北斗卫星仪器偏差精确确定新方法；（三）GPS电离层TEC反演模型及其评估研究：（1）利用TOPEX TEC数据分别从内符合精度与外符合精度的角度评估了当前IGS不同的电离层分析中心提供的GIM电离层产品以及IRI2012模型在中国区域的应用精度；（2）提出充分顾及我国北斗系统特点并兼容其它GNSS全球电离层TEC格网建立方法-SHPTS，使得全球电离层TEC格网的整体性能得到显著提升；（3）充分挖掘GPS站坐标已知等多种先验信息，提出采用多参考站GPS网数据以非差形式逐历元估计站星电离层延迟的新方法。..此外，适度开展部分其它研究，包括：（1）分析不同电离层模型在我国低纬地区的应用精度；（2）提出基于参数重组估计电离层延迟及卫星相位偏差的新思路进而提高GPS-PPP收敛效率；（3）提出利用非组合GPS-PPP技术仿真多频观测数据的算法；（4）提出三频非差周跳探测相位组合的优选新方法，实现对多频GPS数据质量的有效控制；（5）研究利用北斗和GPS进行单点定位精度的差异及提高两者组合定位性能的方法。..截止目前，发表论文14篇（其中SCI检索6篇, EI检索4篇），协助培养研究生7名（其中博士生5名；硕士生2名）。