不同全球电离层格网产品在中国区域的应用精度评估与分析

盛传贞; 张京奎; 张宝成

doi:10.12265/j.gnss.2021012703

不同全球电离层格网产品在中国区域的应用精度评估与分析

doi: 10.12265/j.gnss.2021012703

1.
卫星导航系统与装备技术国家重点实验室，石家庄 050081
2.
中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，武汉 430000

基金项目: 湖北省自然科学基金计划项目(2020CFA048)；京津冀PPP-RTK技术与应用研究项目(QYYF2017-058)

详细信息

作者简介:
盛传贞：(1985—)，男，博士，研究方向为GNSS数据处理和地壳形变分析

张京奎：(1987—)，男，在读博士，研究方向为GNSS精密单点定位和时间频率传递

张宝成：(1985—)，男，博士，研究方向为高精度卫星导航定位与应用

通信作者:
盛传贞 E-mail：shengchuanzhen@163.com

中图分类号: P228, P352
计量
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出版历程
- 收稿日期: 2021-01-27
- 网络出版日期: 2021-08-17

Evaluation and analysis of different global ionospheric maps over China

1.
State Key Laboratory of Satellite Navigation System and Equipment Technology, Shijiazhuang 050081, China
2.
Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, CAS, Wuhan 430000, China

摘要

摘要: 基于全球卫星导航系统(GNSS)跟踪站和Jason测高卫星获得的电离层总电子含量(TEC)，系统评估了国内外5家国际GNSS服务(IGS)电离层分析中心以及全球连续监测评估系统(iGMAS)综合中心的预报、快速和最终全球电离层格网产品(GIM)在中国区域的精度和标准单点定位应用性能. 结果表明：不同类型GIM产品在中国区域的精度由高到低分别是最终、快速和预报GIM产品；在太阳活动水平较低时，不同GIM产品精度大致相当；在太阳活动水平较高时，西班牙加泰罗尼亚理工大学(UPC)和iGMAS的快速和最终GIM产品精度优于其他机构同类型产品.
- 全球卫星导航系统(GNSS) /
- 全球电离层格网(GIM) /
- 电离层电子总含量(TEC) /
- 电离层综合中心(IAAC) /
- 国际GNSS服务(IGS) /
- 全球连续监测评估系统(iGMAS)
Abstract: We systematically evaluated and analyzed the performance of predicted, rapid and final global ionospheric map (GIM) products, provided by 5 IGS ionospheric analysis centers and the international GNSS Monitoring and Assessment System (iGMAS) comprehensive center, over China. The ionospheric total electron content (TEC) values measured by Global Navigation Satellite System (GNSS) and Jason altimeter satellites are selected as references and performances of GIM in standard single-point positioning are also used as indices in the validation. The results showed that the order of performance from high to low of different types of GIM over China is the final GIM, the rapid GIM and the predicted GIM products. Different GIM products are found to have comparable performances over China during low solar activity. The rapid and final GIM products provided by the Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) and iGMAS outperform other GIM products during high solar activity.

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图 1 选取的GNSS检测站及Jason穿刺点轨迹分布图

注：红色代表CMONC；蓝色代表IGS；绿色代表JASON穿刺点轨迹

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图 2 2015年（虚线左侧）和2020年（虚线右侧）不同机构GIM产品的电离层TEC的历元间变化精度时间序列

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图 3 2015年（虚线左侧）和2020年（虚线右侧）不同机构GIM产品的电离层TEC的历元间变化精度在各跟踪站的分布情况

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图 4 不同GIM产品相对于Jason VTEC的BIAS和STD

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图 5 2015年（虚线左侧）和2020年（虚线右侧）不同GIM产品获取的水平方向定位精度时间序列

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图 6 2015年（虚线左侧）和2020年（虚线右侧）不同GIM产品获取的高程方向定位精度时间序列

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表 1 不同机构发布的GIM产品

产品类型	CODE	ESA	UPC	JPL	iGMAS	CAS
预报GIM	C1PG/C2PG	E1PG/E2PG	U2PG	-	-	-
快速GIM	CORG	ESRG	UPRG	JPRG	ISRG	CARG
最终GIM	CODG	ESAG	UPCG	JPLG	ISCG	CASG

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表 2 不同机构预测GIM产品电离层TEC的历元间变化精度统计 TECU

年份	指标	C1PG	C2PG	U2PG	E1PG	E2PG
2015	BIAS	−0.45	−0.28	−0.28	−0.52	−0.52
	RMS	3.18	3.12	3.19	3.25	3.37
	STD	3.11	3.06	3.12	3.16	3.27
2020	BIAS	−0.45	−0.37
	RMS	2.30	2.22
	STD	2.21	2.14

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表 3 不同机构快速GIM产品电离层TEC的历元间变化精度统计 TECU

年份	指标	CORG	ESRG	UPRG	JPRG	ISRG	CARG
2015	BIAS	−0.43	−0.59	−0.31	−0.68	−0.33	−0.52
	RMS	3.03	2.97	2.70	2.85	2.65	3.14
	STD	2.95	2.87	2.65	2.73	2.58	3.05
2020	BIAS	−0.36	−0.42	−0.45	−0.76	−0.24	−0.32
	RMS	2.00	2.13	2.01	2.17	2.11	2.10
	STD	1.93	2.05	1.92	2.00	2.06	2.04

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表 4 不同机构最终GIM产品电离层TEC的历元间变化精度统计 TECU

年份	指标	CODG	ESAG	UPCG	JPLG	ISCG	CASG
2015	BIAS	−0.20	−0.56	−0.30	−0.68	−0.30	−0.32
	RMS	2.72	2.88	2.69	2.81	2.65	2.75
	STD	2.65	2.79	2.64	2.69	2.59	2.68
2020	BIAS	−0.30	−0.40	−0.47	−0.79	−0.19	−0.19
	RMS	1.82	2.13	2.07	2.19	1.94	2.00
	STD	1.74	2.05	1.99	2.01	1.88	1.93

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表 5 不同机构快速和最终GIM产品相对于Jason VTEC的RMS精度统计 TECU

年份	CORG	ESRG	UPRG	JPRG	ISRG	CARG
2015	6.92	7.90	6.39	8.18	6.62	7.52
2019	3.50	3.52	0.00	5.12	4.00	3.28

年份	CODG	ESAG	UPCG	JPLG	ISCG	CASG
2015	7.48	7.37	6.39	8.22	6.58	7.11
2019	3.27	3.38	3.96	5.13	2.93	3.43

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表 6 不同快速GIM产品在各测试站天顶和水平方向上定位误差RMS统计 m

年份	方向	CORG	ESRG	UPRG	JPRG	ISRG	CARG
2015	天顶	2.32	2.93	2.41	2.24	2.31	2.39
2015	水平	1.88	2.06	1.59	1.59	1.75	1.99
2020	天顶	2.05	2.10	2.10	2.10	2.10	2.06
2020	水平	1.76	1.80	1.80	1.80	1.80	1.79

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表 7 不同最终GIM产品在各跟踪站天顶和水平方向上定位误差RMS统计 m

年份	方向	CODG	ESAG	UPCG	JPLG	ISCG	CASG
2015	天顶	2.25	2.34	2.23	2.24	2.29	2.26
2015	水平	1.55	1.84	1.55	1.60	1.66	1.62
2020	天顶	2.04	2.10	2.10	2.10	2.10	2.04
2020	水平	1.73	1.80	1.80	1.80	1.80	1.76

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表 8 不同预报GIM产品和不施加电离层修正在各跟踪站定位误差RMS统计 m

年份	方向	C1PG	C2PG	NO_ION	U2PG	E1PG	E2PG
2015	天顶	2.87	2.88	9.64	2.95	2.93	2.94
2015	水平	2.22	2.18	3.44	2.01	2.02	2.09
2020	天顶	2.08	2.10	3.20
2020	水平	1.77	1.80	2.00

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参考文献(16)

[1]	侯威震, 张绍成, 殷飞, 等. 基于IGS电离层TEC格网的扰动特征统计分析[J]. 空间科学学报, 2018, 38(6): 855-861. DOI: 10.11728/cjss2018.06.855
[2]	姚宜斌, 翟长治, 孔建, 等. 2015年尼泊尔地震的震前电离层异常探测[J]. 测绘学报, 2016, 45(4): 385-395. DOI: 10.11947/j.AGCS.2016.20150384
[3]	HERNÁNDEZ-PAJARES M, JUAN J M, SANZ J, et al. The IGS VTEC maps: a reliable source of ionospheric information since 1998[J]. Journal of geodesy, 2009, 83(3-4): 263-275. DOI: 10.1007/s00190-008-0266-1
[4]	袁运斌, 霍星亮, 张宝成. 近年来我国GNSS电离层延迟精确建模及修正研究进展[J]. 测绘学报, 2017, 46(10): 1364-1378. DOI: 10.11947/j.AGCS.2017.20170349
[5]	FELTENS J. The activities of the ionosphere working group of the international GPS service (IGS)[J]. GPS solutions, 2003, 7(1): 41-46. DOI: 10.1007/s10291-003-0051-9
[6]	ROMA-DOLLASE D M, HERNÁNDEZ-PAJARES A, KRANKOWSKI K, et al. Consistency of seven different GNSS global ionospheric mapping techniques during one solar cycle[J]. Journal of geodesy, 2018, 92(6): 691-706. DOI: 10.1007/s00190-017-1088-9
[7]	刘立波, 万卫星. 我国空间物理研究进展[J]. 地球物理学报, 2014, 57(11): 3493-3501. DOI: 10.6038/cjg20141101
[8]	YAN X, YUAN Y B, LI Z S, et al. Analysis and validation of different global ionospheric maps (GIMS) over China[J]. Advances in space research, 2015, 55(1): 199-210. DOI: 10.1016/j.asr.2014.09.008
[9]	LI M, YUAN Y B, WANG N B, et al. Performance of various predicted GNSS global ionospheric maps relative to GPS and JASON TEC data[J]. GPS solutions, 2018, 22(2): 55. DOI: 10.1007/s10291-018-0721-2
[10]	张强, 赵齐乐. 武汉大学IGS电离层分析中心全球电离层产品精度评估与分析[J]. 地球物理学报, 2019, 62(12): 4493-4505. DOI: 10.6038/cjg2019N0021
[11]	李子申, 王宁波, 李敏, 等. 国际GNSS服务组织全球电离层TEC格网精度评估与分析[J]. 地球物理学报, 2017, 60(10): 3718-3729. DOI: 10.6038/cjg20171003
[12]	JEREZ G O, HERNÁNDEZ-PAJARES M, PROL F S, et al. Assessment of global ionospheric maps performance by means of ionosonde data[J]. Remote sensing, 2020, 12(20): 3452. DOI: 10.3390/rs12203452
[13]	袁运斌, 李子申, 王宁波, 等. 基于拟合推估的中国区域电离层延迟精确建模方法[J]. 导航定位学报, 2015, 3(3): 49-55.
[14]	陈秀德, 贾小林, 朱永兴, 等. 不同电离层格网产品的精度分析[J]. 大地测量与地球动力学, 2017, 37(8): 849-855.
[15]	ROMA D, PAJARES M H, GARCIA-RIGO A, et al. Comparing performances of seven different global VTEC ionospheric models in the IGS context[C]//International GNSS Service Workshop (IGS), 2016. DOI: 10.13140/RG.2.1.2378.2168
[16]	SCHAER, S. MAPPING, PREDICTING. The earth's ionosphere using the global positioning system[D]. Bern: Astronomical Institute of the University of Berne, 1999.