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地磁暴期间电离层扰动监测及GNSS定位性能分析

桑文刚 娄广振 张兴国 田茂荣 张国威

桑文刚, 娄广振, 张兴国, 田茂荣, 张国威. 地磁暴期间电离层扰动监测及GNSS定位性能分析[J]. 全球定位系统, 2023, 48(5): 71-78. doi: 10.12265/j.gnss.2023127
引用本文: 桑文刚, 娄广振, 张兴国, 田茂荣, 张国威. 地磁暴期间电离层扰动监测及GNSS定位性能分析[J]. 全球定位系统, 2023, 48(5): 71-78. doi: 10.12265/j.gnss.2023127
SANG Wengang, LOU Guangzhen, ZHANG Xingguo, TIAN Maorong, ZHANG Guowei. Ionospheric disturbance monitoring and GNSS positioning performance analysis during geomagnetic storms[J]. GNSS World of China, 2023, 48(5): 71-78. doi: 10.12265/j.gnss.2023127
Citation: SANG Wengang, LOU Guangzhen, ZHANG Xingguo, TIAN Maorong, ZHANG Guowei. Ionospheric disturbance monitoring and GNSS positioning performance analysis during geomagnetic storms[J]. GNSS World of China, 2023, 48(5): 71-78. doi: 10.12265/j.gnss.2023127

地磁暴期间电离层扰动监测及GNSS定位性能分析

doi: 10.12265/j.gnss.2023127
基金项目: 国家自然科学基金(42374049);山东省自然科学基金 (ZR2022MD103);山东省重点研发计划(2019GSF111052);山东省高等学校科技计划项目(J17KA071)
详细信息
    作者简介:

    桑文刚:(1978—),男,博士,教授,研究方向为卫星导航定位技术及应用,卫星精密导航定位,形变监测等

    娄广振:(1999—),男,硕士,研究方向为GNSS应用技术

    张兴国:(1978—),男,工程硕士,高级工程师,研究方向为精密工程测量

    通讯作者:

    张兴国 E-mail: 136497535@qq.com

  • 中图分类号: P228.41;P352.4

Ionospheric disturbance monitoring and GNSS positioning performance analysis during geomagnetic storms

  • 摘要: 为分析磁暴期间电离层扰动规律及GNSS定位性能变化,基于国际GNSS服务(International GNSS Service,IGS)全球观测数据及全球电离层图 (global ionospheric map,GIM),对2018年8月26日地磁暴事件引发的北半球地区电离层总电子含量(total electron content,TEC)异常变化和GPS定位性能进行分析. 结果表明:北半球TEC异常存在纬度差异,高纬地区响应快,低纬地区异常值变化大,达12 TECU;磁暴期间高纬地区观测数据周跳变化明显,周跳比数值与磁静日相比最大下降61.84%;磁暴期间所有测站数据完整率下降,高纬地区下降响应快,下降严重,达38.65%,研究区所有测站数据完整率下降出现在磁暴恢复相,数据质量与TEC异常变化规律较为一致;对GPS双频动态精密单点定位(precise point positioning,PPP)结果进行分析发现,磁暴期间高纬地区测站定位误差显著增大,水平和垂直方向均方根误差(root mean squared error,RMSE) 增至约0.7 m及1.8 m.

     

  • 图  1  年积日第233—243天地磁活动指数变化

    图  2  IGS测站地理分布

    图  3  测站TEC值

    图  4  年积日238天相较于233—236天电离层均值TEC变化

    图  5  周跳比变化率统计

    图  6  数据完整率较差统计

    图  7  年积日237—239天各测站E、N、U三个方向误差时间序列

    图  8  年积日237—239天测站定位均方差

    表  1  数据质量分析参数设置及处理策略

    序号 选项 处理策略
    1 系统 GPS
    2 周跳探测 MW组合法和电离层残差法联合探测周跳
    3 探测观测跳变阈值 600 s
    4 截止高度角
    5 探测观测缺失阈值 1 800 s
    下载: 导出CSV

    表  2  GPS精密单点定位处理策略

    序号 选项 处理策略
    1 测站坐标 动态PPP
    2 定位模型 PPP卡尔曼滤波
    3 电离层改正 双频消电离层组合
    4 对流层改正 Estimate ZTD+Grad
    5 卫星轨道及钟差 IGS精密星历
    6 天线PCO/PCV Igs14.atx
    7 截止高度角 15°
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2023-06-28
  • 网络出版日期:  2023-10-18

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