GPS信号和电离层的关系     DATE: 2019-03-27 16:55

电离层(Ionosphere)是地球大气的一个电离区域,是受太阳高能辐射以及宇宙线的激励而电离的大气高层。除地球外,金星、火星和木星都有电离层,电离层从离地面约50公里开始一直伸展到约1000公里高度的地球高层大气空域,其中存在相当多的自由电子和离子,能使无线电波改变传播速度,发生折射、反射和散射,产生极化面的旋转并受到不同程度的吸收。

GPS和电离层

由于太阳上剧烈的能量和物质喷发以及一定条件下大气层中出现的非线性不稳定性,电离层电子密度会出现快速、随机的起伏涨落变化,通常将其称为电离层不均匀体。

无线电穿越电离层不均匀体时,能导致接收点的信号的幅度、相位发生快速的起伏变化,将这种现象称为电离层闪烁。电离层闪烁会导致地面接收到的信号信噪比降低,使信号捕获跟踪困难,从而降低卫星导航系统的定位精度。
GPS和电离层监控

北斗和GPS电离层监控

电离层闪烁起伏的峰值在1dB到20多个dB范围内,持续时间从几分钟到数个小时。另外,电离层闪烁还会影响卫星导航系统及其增强系统的安全性和可靠性。但是,随着北斗、Galileo等卫星导航系统的发展和GPS现代化的进行,使得人们更加关注对电离层闪烁的研究。

人类对电离层的研究历史已经持续了一个多世纪,随着科技的不断进步,电离层探测技术与方法不断的发展。近二十年来,以美国全球定位系统(GPS)为代表的全球卫星导航系统(GNSS)观测技术的兴起以及全球分布的GNSS跟踪站连续观测的海量数据的累积,使得利用GNSS监测电离层时空变化规律成为可能。

电离层层析成像技术是计算机层析成像技术在电离层监测中的一种新的应用。该技术通过对电离层进行分层研究,不仅克服了薄层假设电离层层析模型的局限性,也克服了经验模型与传统地面探测手段的局限性,特别适合于监测大尺度电离层电子密度垂直分布及其扰动状态。

近十多年来,基于GPS的电离层层析技术逐渐发展起来。借助于GNSS全天候、全时空的优势,基于GNSS的电离层层析技术可以实现三维甚至四维电离层结构的重构,从而克服了二维电离层层析模型的局限性,并逐渐形成了一种新的电离层监测手段,在电离层形态、电离层闪烁监测研究方面具有重大的科学意义和应用价值,是目前大地测量,空间物理与无线电科学等领域中的一个研究热点和重点。