利用球冠谐分析方法和GPS数据建立中国区域电离层TEC模型.pdf

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中国区域电离层TEC模型利用球冠谐分析方法和GPS数据建立章红平3区域电离层TEC柳景斌1王泽民1王海军2SCHA模型GPS是一种空基无线电卫星导航系统，由于电离层折射效应，无线电信号穿透电离层传播到地面接收机时会产生延时误差。对于地面非特许用户，自2000年5月美国取消SA政策以后，电离层延迟误差成为最显著的误差源[1]。利用GPS构建电离层TEC模型，一般有两类途径：参数模型法和格网模型法。参数模型法比较直观，使用相对简便，但强调大范围拟合，难以顾及电离层的局部变化特性，精度通常受到限制；格网模型法则可借助合适的途径(如站际分区法[2])，在尽可能确保局部电离层TEC拟合精度的条件下，实现较高的电离层TEC拟合精度。为了能较好地模拟区域电离层TEC，同时模型参数能描述区域电离层TEC的变化规律，本文将球冠谐分析[3“]的理论与方法应用于区域电离层TEC的拟合，建立了区域电离层TEC球冠谐分析(SCHA)模型。利用该模型分析了2004年中国区域GPS观测网络的数据，这为利用该模型预报区域电离层TEC打下了基础。1电离层的结构非常复杂，通常在离地面300km处，电离层中的自由电子密度最高，因此，通常以高度为H的单层模型来描述整个电离层。本文的建模分析也以单层模型为基础，选取单层高度H=428．8km[5]，投影函数为SLM投影函数(Sardon，1997)，其表达式为：式中，z7为穿刺点处卫星的天顶距。利用投影函数，可以将GPS信号传播路径方向的电子含量E投影到穿刺点处天顶方向的电离层电子含量E。，关系式为E一优厂(z)*E。利用球冠谐分析方法建立区域电离层TEC模型的方法与步骤如下：1)选定所分析区域的球冠极点及球冠大小。本文分析的区域范围是北纬10。N～55。N，东经70。E～145。E，取(35。N，105。E)为球冠极点，半角武汉大学学报·信息科学版要：利用GPS实测资料建立了中国区域电离层TEC球冠谐分析模型(spherical且精度在时间和空间上分布较均匀。根据IGS分析中心发布的10NEX全球电离层数据(GIM)，内插得到了区域内相应时段的平均电离层电子含量，并利用它对CSHA模型的零阶项系数C。所表示的区域平均电离层电子含量进行了检核。结果表明，二者具有较高的一致性和相关性，其谱特征相关系数为0．993。由于一致。对SCHA模型参数的时间序列进行谱分析，结果表明，该模型的模型系数较好地描述了区域电离层～500优厂(z7)=1／cos(z7)(1)第33卷第8期2008年8月Wuhan文章编号：1671—8860(2008)08一0792一04(1武汉大学测绘学院中国南极测绘研究中心，武汉市珞喻路129号，430079)(2青州市二炮士官学校训练团作战保障教研室，青州市，262500)(3武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉市珞喻路129号，430079)文献标志码：A摘SCHA)，评估了该模型的精度和有效性。结果表明，该模型有较高的拟舍精度，其拟合残差约为±3SCHA模型较GIM模型利用了更多本区域的GPS观测数据，因此其拟舍精度更高，拟合结果与实测数据更TEC的周期性变化特征。关键词：GPS；区域电离层模型；球冠谐分析模型中图法分类号：P228．42收稿日期：2008一06—16。项目来源：国家测绘局。十一五”基础测绘计划资助项目I国家教育部留学回国人员科研启动基金资助项目；国家自然科学基金资助项目(40504002)。GeomaticsandInformationScienceofUniversityV01．33No．8Aug．2008harmonicanalysis，TECU，cap
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k≈嘉(等+号)一丢A。：arcsin『堕骘；型si加]文采用载波相位观测值对必P。进行Kalrmn滤㈤E。(屈，A。)=∑∑p～。。，，。(cos晚)·数据处理3拟合精度分析(Chcos(谳。)+Shsin(谳。))2)确定阶数和次数，并计算缔合勒让德函数的非整数阶m(m)(第七个优次的阶数)。阶数和次数的取值要与观测数据的分辨率相适应，分辨率cc，。．m与阶数个数的极大值K一有近似关综合考虑观测数据的空间分辨率以及模型的复杂度，本文阶数和次数分别取为8和6。3)建立球冠坐标系，并对观测数据进行坐标系转换。球冠坐标系为地心坐标系，以选定的球冠极点P(钆，AN)为球冠北极点，以通过该点和地理南极点的经线为经度零点，若地理坐标系下任意一点Q的球面地心坐标为(J9，A)，定义余纬口=90。一p，则Q点在球冠坐标系下的坐标佛、A。为：屉=arccos(co卯Nco鲫+sin钆si硼cos(AN—A))^c=arcslnl————_——■—一sln∥l式中，“、AN分别为球冠极点P在地理坐标系下的地