利用載波相位平滑偽距分析深圳市電離層變化規(guī)律

羅和平，邱 蕾

（深圳市地籍測繪大隊(duì)，廣東 深圳518034）

在GNSS精密定位中，關(guān)鍵的技術(shù)之一就是如何削弱電離層延遲誤差的影響。其中電離層延遲誤差可以用總電子含量（total electron content，TEC）表示，因此，研究TEC的變化規(guī)律對于消除電離層延遲誤差十分重要。電離層延遲誤差的計(jì)算通?？梢圆捎脙煞N模型，一種是利用多年來的經(jīng)驗(yàn)建立的相關(guān)模型來改正電離層延遲，另外一種是利用載波相位聯(lián)合偽距建立的模型來消除電離層延遲誤差，本文主要利用后一種方法來計(jì)算天頂方向的總電子含量。

本文基于深圳市連續(xù)運(yùn)行參考站2009年的觀測數(shù)據(jù)，利用載波相位平滑偽距計(jì)算天頂方向的電離層延遲，然后采用曲面擬合模型，對電離層模型系數(shù)以及硬件延遲進(jìn)行估計(jì)，得到電離層總電子含量。分析了深圳市電離層的季節(jié)性變化及其周日變化，并得出一些有益結(jié)論。

1 利用載波相位平滑計(jì)算VTEC

天頂方向的總電子含量（VTEC）可以利用GNSS觀測值進(jìn)行計(jì)算。

2 建立區(qū)域VTEC模型

利用以上得到的載波平滑偽距后的觀測值計(jì)算出穿刺點(diǎn)處的電離層延遲，并且采用曲面擬合VTEC模型。

式中：φ0為測區(qū)中心點(diǎn)的地理緯度；φ為穿刺點(diǎn)處的地理緯度；λ為穿刺點(diǎn)處的地理經(jīng)度；S為觀測時刻穿刺點(diǎn)處的太陽時角；S0為測區(qū)中心點(diǎn)在t0時的太陽時角；E為模型系數(shù)；n，m為曲面擬合模型中泰勒級數(shù)展開的階數(shù)；VTEC為天頂方向的總電子含量TEC。

本文在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的時候，先分時段設(shè)定電離層模型系數(shù)，并將當(dāng)天的硬件延遲當(dāng)作一個未知數(shù)，通過單個測站組成法方程，進(jìn)行求解，從而估計(jì)出天頂方向的總電子含量TEC。

3 數(shù)據(jù)分析

利用上述方法，將深圳市連續(xù)運(yùn)行參考站2009年的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，將TEC值繪制成曲線圖。圖1為深圳市連續(xù)運(yùn)行參考站2009年的TEC值月曲線變化圖，橫坐標(biāo)為月份，縱坐標(biāo)為TEC值。圖2為深圳市連續(xù)運(yùn)行參考站2009年的TEC值日變化曲線圖，橫坐標(biāo)為時間（24h），縱坐標(biāo)為TEC值。

從圖1可以看出，深圳市電離層延遲在春秋季電離層TEC值較大，在夏冬季電離層TEC值較小，且秋季的TEC比春季的TEC大。

從圖2中的日變化曲線可以看出，在5時（北京時間13：00）的斜率最大，TEC的變化最為劇烈。TEC最大值一般出現(xiàn)在6時（北京時間14：00），并且冬季最大值一般出現(xiàn)的較早，夏季最大值出現(xiàn)較晚。TEC最小值一般在21時（北京時間5：00）。11月的日變化量最大，TEC值從0TEC變化到120TEC，1月的日變化量最小，從0TEC變化到35TEC。由此可見，電離層TEC的大小很大程度取決于太陽的活動強(qiáng)度，電離層TEC白天變化幅度較大，夜晚變化幅度較小，為常數(shù)。

圖1 月變化曲線圖

4 結(jié) 論

本文計(jì)算了2009年深圳市電離層TEC的變化情況，發(fā)現(xiàn)電離層TEC的大小與太陽活動強(qiáng)度具有很強(qiáng)的相關(guān)性，深圳市電離層延遲在春秋季電離層TEC值較大，在夏冬季電離層TEC值較小，且秋季的TEC比春季的TEC大。日變化量最大的月份是11月，日變化量最小的月份是1月份，TEC最大值一般出現(xiàn)在6時（北京時間14：00），并且冬季最大值一般出現(xiàn)的較早，夏季最大值出現(xiàn)較晚，TEC最小值一般在21時（北京時間5：00）。

圖2 日變化曲線圖

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