基于北斗/GNSS的电离层精细监测与应用服务

图2.  全球导航卫星系统与电离层之间的关系

北斗/GNSS导航信号从距离地球2万多公里的卫星上发出，穿过地球大气层（主要包括电离层和对流层），被安装在地球表面、临近空间或低轨卫星上的接收机接收，通过精确测量导航信号经过大气层的延迟、功率衰减和幅度变化等即可反演得到信号传播路径上的大气温度、压强、湿度、电子密度等参数，每个接收机和每个可视卫星即可形成一组有效观测。

图3.  基于北斗/GNSS的空间大气观测示意图

（图片来源于apollo.lsc.vsc.edu）

GNSS被认为是目前唯一同时具备精度高、连续性好、全球覆盖、成本低等特点的探测手段，可以与传统观测手段实现优势互补。特别是，随着空间卫星星座以及地面监测站数量的日益增多，观测精度、时间和空间分辨率将会得到进一步提高。基于GNSS的高精度电离层监测和反演，不仅有利于推动电离层物理研究和日地空间天气应用，而且对于提升北斗/GNSS导航定位和授时服务性能具有重要作用。

图4.  空间电离层与我们日常生活的关系示意图

（图片来源于Bell Laboratories）

李子申博士负责的中国科学院空天信息研究院导航系统部GNSS电离层研究团队（GIPP/AIR），长期致力于充分挖掘和发挥北斗/GNSS等多模多频信号特点和优势，实现全球/区域/局部电离层天气关键参数的精确监测和反演，研发了基于北斗/GNSS的空间电离层监测设备与服务系统，联合中科院测地所承担建设了国际IGS（International GNSS Service）电离层分析中心，代号为CAS。其中，GIPP/AIR团队成员主要包括：王宁波、汪亮、周凯、李文、刘昂等。

图5.  GNSS电离层研究团队主要研究思路示意图

图6.  联合承担建设了国际IGS电离层分析中心（代号为CAS）

研发了北斗/GNSS空间大气监测接收机-BDSmart-(BDS/GNSS-ionospheric Monitoring And Retrieval Terminal)，基于高精度卫星轨道、钟差和差分码偏差实时产品，在单个基准站即可实现电离层闪烁、TEC、扰动和大气可降水量的实时监测，大幅降低了中心数据处理负担，提高了监测效率，为我国实现大规模建设北斗/GNSS大气和电离层观测网络奠定了基础。

图7.  研发的北斗/GNSS空间大气监测接收机（BDSmart）

图8.  基于云平台的北斗/GNSS电离层数据处理和服务系统运行状态

图9.  近2个太阳活动周期内全球IGS电离层分析中心产品性能对比

10.  CAS电离层分析中心提供的全球电离层实时产品服务（www.gipp.org.cn）