空地多源数据与时变模型融合的中低纬度电离层精确建模方法研究

The ionosphere changes are quite activity in middle-low latitudes and affect the navigation, radio communications users badly. However, due to the limitations of the geodesy technical characteristics and physical theory, it’s difficult to achieve continuous, precise, evenly distributed ionospheric monitoring through a certain kind of observation method or physical/empirical model. Given the current development status, in this project we’ll carry out research on ionospheric modeling theory with multi-source data fusion; try to establish regional electronic density distribution based on utilization of GNSS, Jason, COSMIC, DORIS observations when taking into account the ionospheric varying characteristics. The main research contents include: establish a unified mathematical model of multi-GNSS ionospheric modeling, which is applicable for different frequency combinations, different signal systems, different navigation system constellation characteristics; considering Jason/COSMIC/DORIS satellite system characteristics, establish the ionospheric delay extraction methods; based on long-term experimental data and empirical model, build a priori time-varying model which is appropriate for the low-latitude regions in China; establish the fusion algorithm based on multi-source data and time-varying model. The research results will provide highly accurate ionospheric data for navigation and ionospheric research, with positive implications for applications of satellite navigation and space physics research.

中低纬度区域电离层变化活跃，对卫星导航定位、无线电通信等用户影响严重；受当前大地测量技术及电离层物理机制研究限制，很难通过单一测量方法或物理/经验模型实现连续高精度、全球均匀分布的电离层监测。本课题旨在研究基于多源数据融合处理的电离层建模理论方法，综合利用多种卫星对地观测数据，充分考虑电离层时变特性，反演区域内电子密度分布。主要研究内容包括：针对不同的频段组合、信号体制、导航系统星座特性，研究统一的多GNSS电离层建模算法；针对Jason/COSMIC/DORIS等系统观测值特征，研究电离层延迟提取方法；基于长期实测数据及经验模型，建立适宜于中国中低纬区域的时变先验模型；研究空地多源数据与时变模型融合方法，建立兼容稳健的电离层反演算法，为导航定位、空间物理研究提供高精度电离层基础数据。

中低纬度区域电离层变化活跃，对卫星导航定位、无线电通信等用户影响严重；受当前大地测量技术及电离层物理机制研究限制，很难通过单一测量方法或物理/经验模型实现连续高精度、全球均匀分布的电离层监测。本项目旨在研究基于GNSS、JASON、COSMIC等多源对地观测数据的电离层延迟提取方法，探索适宜于中国中低纬区域的电离层时变先验模型，完善多源数据融合的电离层建模理论方法，实现连续高精度的电离层监测。项目针对多模GNSS系统的卫星星座、信号体制、频率设置等关键要素，提出了一种考虑伪距IFB影响的GLONASS电离层建模方法，显著提高GLONASS卫星DCB估计精度；探索了北斗/Galileo频段组合方法，建立了统一的GNSS电离层建模函数模型；针对JASON/COSMIC电离层观测值的不同特征，分别提出了基于卷积神经网络和抗差滑动窗口的数据降噪及延迟提取方法；利用实测数据和IGS GIM产品，评估中常用电离层经验模型在中国区域内不同季节、地方时、太阳活动强度下的精度水平，构建了多源数据融合电离层建模函数模型，并通过验后方差估计建立合理的随机模型；在上述理论研究的基础上，研制了基于多源数据融合的电离层延迟反演软件平台，通过与IGS产品校验，证实了方法的正确性及可靠性；项目全面完成研究目标，并发表标注国家自然科学基金资助的SCI/EI 论文4篇。