電離層延遲：修订间差异
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'''電離層延遲'''（英語：Ionospheric delay）為[[全球定位系統]]（Global Positioning System，GPS）的定位誤差來源之一。<br> |
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由于电离层具有[[色散 (光學)|色散]]特性，电离层延迟的大小与电磁波频率的平方近似成反比关系<ref>{{Cite journal|title=On the effect of ionospheric delay on geodetic relative GPS positioning|author=|url=|last=Georgiadou|first=Yola|last2=Kleusberg|first2=Alfred|journal=Manuscripta Geodaetica|issue=|doi=|others=|year=1988|volume=13|page=1-8|pmid=}}</ref>。在GNSS测量中，对于双频用户，可以通过组成[[线性组合观测模型]]的方式消除大部分电离层延迟的影响；但对于单频用户，电离层延迟的改正主要还是依赖于各类经验或实测模型<ref name="whugps" />。由于电离层存在复杂的时空变化特征，除周日变化、季节变化、纬度变化等规律变化外，还存在着电离层暴、电离层扰动等突变现象<ref>章红平. [https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CDFD&dbname=CDFD9908&filename=2006109504.nh&v=CcgdPRrhu1%25mmd2Fo5kM7f51wdxO5PNaed2selF6HWQOkgOIwEQp5cZr4PW7tickY8e%25mmd2F1 基于地基GPS的中国区域电离层监测与延迟改正研究][D]. 中国科学院研究生院（上海天文台）, 博士学位论文，2006.</ref><ref>王宁波. [https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAST2017&filename=CHXB201708017&v=eeCOSchJb7upiOHMi%25mmd2F499jazwIIA8eCwBOV7S1irOenjwLPs3B8gAu62JluUW1Kw GNSS差分码偏差处理方法及全球广播电离层模型研究][D]. 中国科学院大学（测量与地球物理研究所）, 博士学位论文，2016.</ref>，其造成的影响难以用经验模型描述，是GNSS测量中最主要、最复杂的误差来源之一<ref>袁运斌. [https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CDFD&dbname=CDFD9908&filename=2003040660.nh&v=IphRzyfhHia0RF8JKgYgNp1YS7dRPQDNiLjT6ARgDY0sbT2hUHRbFIicC7tjpmKp 基于GPS的电离层监测及延迟改正理论与方法的研究][D]. 中国科学院研究生院（测量与地球物理研究所）, 博士学位论文，2002.</ref><ref>Liu, Z. (2004). [https://prism.ucalgary.ca/handle/1880/41740 Ionosphere tomographic modeling and applications using Global Positioning System (GPS) measurements] (Unpublished doctoral thesis). University of Calgary, Calgary, AB. doi:10.11575/PRISM/17654</ref>。 |
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==定義== |
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GPS訊號為電磁波，在衛星發射至接收器的過程中會受許多因素影響，當其經過[[電離層]]受到電離層[[折射]]時，會使訊號傳遞的路徑彎曲，導致速度減慢，進而產生訊號延遲，此延遲現象即為電離層延遲。<ref>台灣區域性電離層模型之估計：應用於單頻精密單點定位（彭德熙、陳國華、楊名）[http://ir.lib.ncku.edu.tw/handle/987654321/19322]</ref> |
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==電離層延遲誤差影響因子== |
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電離層是空氣中的原子與分子受到[[太陽輻射]]而成為電子，因此太陽活動與電離層有很大關係，電子密度與總電子含量皆與電離層延遲誤差有關，而電離層的電子密度大小與地理位置、時間、緯度與高度的變化有關。<ref>電離層高階項誤差對GPS相對定位精度之影響（嚴翊豪）[http://nccur.lib.nccu.edu.tw/bitstream/140.119/119342/1/703101.pdf]</ref |
電離層是空氣中的原子與分子受到[[太陽輻射]]而成為電子，因此太陽活動與電離層有很大關係，電子密度與總電子含量皆與電離層延遲誤差有關，而電離層的電子密度大小與地理位置、時間、緯度與高度的變化有關。<ref>電離層高階項誤差對GPS相對定位精度之影響（嚴翊豪）[http://nccur.lib.nccu.edu.tw/bitstream/140.119/119342/1/703101.pdf]</ref> |
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==電離層延遲誤差修正== |
==電離層延遲誤差修正== |
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電離層延遲所造成的誤差分為一階（I1）、二階（I2）及三階（I3），二階與三階為電離層高階項誤差（I<small><small><small>H</small></small></small>）。<br> |
電離層延遲所造成的誤差分為一階（I1）、二階（I2）及三階（I3），二階與三階為電離層高階項誤差（I<small><small><small>H</small></small></small>）。<br> |
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當距離較短，測站環境條件較相似時，可藉由[[差分]]觀察來消除一階誤差；當距離較長，則可使用雙頻無電離層線性組合來消除一階誤差；高階項誤差為公釐至公分等級，一般進行基線計算時會忽略其影響。<ref>消除電離層高階項誤差以提昇GPS精密單點定位精度之研究（洪婉綺）[http://nccur.lib.nccu.edu.tw/handle/140.119/101172]</ref |
當距離較短，測站環境條件較相似時，可藉由[[差分]]觀察來消除一階誤差；當距離較長，則可使用雙頻無電離層線性組合來消除一階誤差；高階項誤差為公釐至公分等級，一般進行基線計算時會忽略其影響。<ref>消除電離層高階項誤差以提昇GPS精密單點定位精度之研究（洪婉綺）[http://nccur.lib.nccu.edu.tw/handle/140.119/101172]</ref> |
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2020年11月25日 (三) 14:10的版本
电磁波在穿透大气时，因带电粒子的影响而产生的时间延迟被称为电离层延迟（英語：Ionospheric delay）[1][2]。电离层延迟主要发生于距地表50－1000 km的电离层内部，带电粒子对电磁波的折射、衍射与散射等效应改变了电磁波的传播速度与传播方向，在依赖于电磁波进行距离观测的手段中引入了系统性的偏差[3]。电离层延迟主要影响频率较低的无线电波信号，对工作于X波段的VLBI与工作于L波段的GNSS导航信号，其量级分别可达米级与十米级，是空间大地测量中不可忽略的影响因素[4][5]。
由于电离层具有色散特性，电离层延迟的大小与电磁波频率的平方近似成反比关系[6]。在GNSS测量中，对于双频用户，可以通过组成线性组合观测模型的方式消除大部分电离层延迟的影响；但对于单频用户，电离层延迟的改正主要还是依赖于各类经验或实测模型[2]。由于电离层存在复杂的时空变化特征，除周日变化、季节变化、纬度变化等规律变化外，还存在着电离层暴、电离层扰动等突变现象[7][8]，其造成的影响难以用经验模型描述，是GNSS测量中最主要、最复杂的误差来源之一[9][10]。
電離層延遲誤差影響因子
電離層是空氣中的原子與分子受到太陽輻射而成為電子，因此太陽活動與電離層有很大關係，電子密度與總電子含量皆與電離層延遲誤差有關，而電離層的電子密度大小與地理位置、時間、緯度與高度的變化有關。[11]
電離層延遲誤差修正
電離層延遲所造成的誤差分為一階（I1）、二階（I2）及三階（I3），二階與三階為電離層高階項誤差（IH）。
當距離較短，測站環境條件較相似時，可藉由差分觀察來消除一階誤差；當距離較長，則可使用雙頻無電離層線性組合來消除一階誤差；高階項誤差為公釐至公分等級，一般進行基線計算時會忽略其影響。[12]
參考文獻
- ^ Spilker Jr., James J.; Axelrad, Penina; Parkinson, Bradford W.; Enge, Per. Axelrad, Penina , 编. Global Positioning System: Theory and Applications, Volume I. Washington DC: American Institute of Aeronautics and Astronautics. 1996. ISBN 978-1-56347-106-3. doi:10.2514/4.866388 （英语）.
- ^ 2.0 2.1 李征航，黄劲松编著．GPS测量与数据处理（第三版）．武汉：武汉大学出版社，2016．ISBN 978-7-307-17680-5．
- ^ J.G. Teunissen, Peter; Montenbruck, Oliver. Springer Handbook of Global Navigation Satellite Systems. Springer International Publishing. 2017. ISBN 978-3-319-42926-7 （英语）.
- ^ Yunck, Thomas P. Coping with the Atmosphere and Ionosphere in Precise Satellite and Ground Positioning. Jones, A. Vallance (编). Geophysical Monograph Series. Washington, D. C.: American Geophysical Union. 1993: 1–16. ISBN 978-1-118-66654-8. doi:10.1029/gm073p0001.
- ^ Sovers, Ojars J.; Fanselow, John L.; Jacobs, Christopher S. Astrometry and geodesy with radio interferometry: experiments, models, results. Reviews of Modern Physics. 1998-10-01, 70 (4): 1393–1454. ISSN 0034-6861. doi:10.1103/RevModPhys.70.1393 （英语）.
- ^ Georgiadou, Yola; Kleusberg, Alfred. On the effect of ionospheric delay on geodetic relative GPS positioning. Manuscripta Geodaetica. 1988, 13: 1-8.
- ^ 章红平. 基于地基GPS的中国区域电离层监测与延迟改正研究[D]. 中国科学院研究生院（上海天文台）, 博士学位论文，2006.
- ^ 王宁波. GNSS差分码偏差处理方法及全球广播电离层模型研究[D]. 中国科学院大学（测量与地球物理研究所）, 博士学位论文，2016.
- ^ 袁运斌. 基于GPS的电离层监测及延迟改正理论与方法的研究[D]. 中国科学院研究生院（测量与地球物理研究所）, 博士学位论文，2002.
- ^ Liu, Z. (2004). Ionosphere tomographic modeling and applications using Global Positioning System (GPS) measurements (Unpublished doctoral thesis). University of Calgary, Calgary, AB. doi:10.11575/PRISM/17654
- ^ 電離層高階項誤差對GPS相對定位精度之影響（嚴翊豪）[1]
- ^ 消除電離層高階項誤差以提昇GPS精密單點定位精度之研究（洪婉綺）[2]