电离层误差

电离层误差是由于电离层的作用所导致的GPS信号在传播过程中产生时延，主要体现为定位精度的降低和定位方向的限制。电离层误差对卫星导航定位的影响最大，所产生的定位误差从几米到百米以上。而且随着时间和地点的不同发生急剧变化，即使在一天之内对固定台站而言，电离层误差的变化也可达到一个数量级。

简介

电离层是近地空间环境的一个重要组成部分，处于离地面以上约60km到1000km之间的大气层，它是由太阳高能电磁辐射、宇宙线和高能粒子作用于中性高层大气使之电离而产生的，是由电子、正离子和中性分子及原子构成的等离子体区域。

由于电离层中存在自由电子，故GPS信号穿越这一区域时，并非用真空中的光速行进，而是形成调制信号包络的传播时延，这时延量的数值与传播路径上的总电子含量成正比，与载波频率平方成反比。

电离层误差正是由于电离层对GPS信号的各种影响导致其在传播过程中产生时延，主要体现为定位精度的降低和定位方向的限制。电离层误差是GPS测量中的主要误差源，随着时间和地点的不同发生变化，定位误差范围从几米到百米以上。

电离层特性

电离层具有三大特性: 扩散性、互补性和瞬变性。

（1）电离层的扩散性即电离层的折射系数是电波频率的函数。双频接收机利用这一特点借助两种频率的观测值加以组合来基本消除电离层误差的影响。

（2）电离层的互补性即电离层对GPS中的码观测值和载波相位观测值的影响是互补的。

根据无线电传播理论，由码观测值测出的距离比真实距离偏长，其一阶项修正为；由载波相位观测值测出的距离比真实距离偏短，其一阶项修正为。而电离层影响的一阶项修正量占总修正量的99%。由此可见，电离层对GPS两种观测值的影响，就一阶项而言，数值相等，符号相反，这就是电离层的互补性。（为电子密度，为电磁波信号的频率）

（3）电离层的瞬变形即电离层对GPS测量的影响随时间、地点、季节和年代而发生剧烈变化。

电离层对GPS定位的影响

电离层对GPS定位的影响主要有码群延迟( 即绝对测距误差)、载波相位超前( 即相对测距误差)、多普勒时延( 即距速误差) 以及信号衰减( 即振幅闪烁)。这些影响都是由于电离层折射引起的。

（1）码群延迟及载波相位超前

码群延迟使得码观测值测出的距离比真实距离偏长；载波相位超前使得载波相位观测值测出的距离比真实距离偏短。

（2）多普勒时延

多普勒时延即电离层多普勒频移，是电离层的时间变化引起的。电离层多普勒频移取决于三个因素: 电离层的周日变化率、大范围的不规则性和GPS动态用户的速度。

（3）振幅闪烁

地球电离层的不规则性使GPS信号产生绕射和折射效应，从而使信号频繁发生短周期衰减。这种现象称为振幅闪烁。它将严重影响GPS接收机的跟踪能力，造成信号频繁失锁，因而必须重新捕获。

削弱电离层误差方法

削弱电离层误差的办法有四：

（1）采用差分处理技术