留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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

    通信作者:

    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
  • [1] GONZALEZ W D, JOSELYN J A, KAMIDE Y, et al. What is a geomagnetic storm?[J]. Journal of geophysical research, 1994(99): 5771-5792. DOI: 10.1029/93JA02867
    [2] SZUSZCZEWICZ E P, LESTER M, WILKINSON P, et al. A comparative study of global ionospheric responses to intense magnetic storm conditions[J]. Journal of geophysical research atmospheres, 1998, 103(A6): 11665-11684. DOI: 10.1029/97JA01660
    [3] 姜阳厚, 刘晨, 周鸿芸. 太阳活动峰年北美中纬电离层分层结构变化[J]. 地理空间信息, 2022, 20(11): 75-80. DOI: 10.3969/j.issn.1672-4623.2022.11.017
    [4] WIELGOSZ P, KASHANI I, GREJNER-BRZEZINSKA D. Analysis of long-range network RTK during a severe ionospheric storm[J]. Journal of geodesy, 2005(79): 524-531. DOI: 10.1007/s00190-005-0003-y
    [5] JACOBSEN K S, SCHAFER S. Observed effects of a geomagnetic storm on an RTK positioning network at high latitudes[J]. Journal of space weather and space climate, 2012 2(2): A260000. DOI: 10.1051/swsc/2012013
    [6] JACOBSEN K S, ANDALSVIK Y L. Overview of the 2015 St. Patrick’s day storm and its consequences for RTK and PPP positioning in Norway[J]. Journal of space weather space clim. 2016(6): A9. DOI: 10.1051/swsc/2016004
    [7] ZHANG D H, MAN F, ZUO X, et al. The seasonal dependence of cycle slip occurrence of GPS data over China low latitude region[J]. Science in China(series E: technological sciences), 2007, 50(4): 422-429. DOI: 10.1007/s11431-007-0059-4
    [8] CHENG N, SONG S L, LI W. Multi-scale ionospheric anomalies monitoring and spatio-temporal analysis during intense storm[J]. Atmosphere 2021, 12(2): 215. DOI: 10.3390/atmos12020215
    [9] 全林, 薛军琛, 胡小工, 等. 中国区域GPS单频点定位在不同类型磁暴主相期间定位性能分析[J]. 地球物理学报, 2021, 64(9): 3030-3047. DOI: 10.6038/cjg2021P0331
    [10] 王格, 王宁波, 李子申, 等. 地磁暴期间北半球高纬度地区电离层变化特征及对精密定位的影响[J]. 空间科学学报, 2021, 41(2): 261-272. DOI: 10.11728/cjss2021.02.261
    [11] LUO X M, GUO S F, LOU Y D, et al. Assessing the performance of gps precise point positioning under different geomagnetic storm conditions during solar cycle 24[J]. Sensors, 18(6): 1784. DOI: 10.3390/s18061784
    [12] NIE W F, ADRIA R G, WANG Y, et al. On the global kinematic positioning variations during the september 2017 solar flare events[J]. Journal of geophysical research: space physics, 2022, 127(8): 1-21. DOI: 10.1029/2021JA030245
    [13] 欧明, 吴家燕, 陈龙江, 等. 一次中等磁暴期间全球电离层TEC及ROTI指数变化分析[J]. 空间科学学报, 2021, 41(6): 887-897. DOI: 10.11728/cjss2021.06.887
    [14] 滕月昊, 贾小林, 雷盼荣, 等. iGMAS多品牌监测接收机数据质量分析[J]. 全球定位系统, 2022, 47(1): 59-67. DOI: 10.12265/j.gnss.2021083104
    [15] CHERNIAK I, KRANKOWSKI A, ZAKHARENKOVA I. Observation of the ionospheric irregularities over the northern hemisphere: methodology and service[J]. Radio science, 2014, 49(8): 653-662. DOI: 10.1002/2014RS005433
    [16] 王格. 北半球高纬度地区电离层闪烁特性研究[D]. 北京: 中国地质大学, 2019.
    [17] 朱军桃, 刘玉升, 林知宇, 等. 2018-08-25~29期间全球电离层TEC对地磁暴的响应分析[J]. 大地测量与地球动力学, 2022, 42(7): 661-668. DOI: 10.14075/j.jgg.2022.07.001
    [18] 聂文锋, 徐天河, 杨玉国, 等. 一种自适应的卫星导航载波观测值周跳探测阈值确定方法: CN202210401196. X[P]. 2020-06-28.
  • 加载中
图(8) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  474
  • HTML全文浏览量:  116
  • PDF下载量:  65
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-06-28
  • 网络出版日期:  2023-10-18

目录

    /

    返回文章
    返回