电离层活动了解电离层误差和状况

2023 年 11 月 6 日

全球导航卫星系统简介

无论您是在野外徒步旅行，还是在繁忙的城市街道上开车，全球导航卫星系统都是您可靠的伙伴，能为您提供最精确的导航。虽然受到电离层活动的强烈影响。

全球导航卫星系统（GNSS）是指由卫星组成的星座，这些卫星提供来自太空的信号，向全球导航卫星系统接收器传输定位和定时数据。农业、测绘、交通、导航--GNSS 技术在各行各业和日常生活中有着广泛的应用。

正在运行的最著名的全球导航卫星系统包括

由美国国防部开发的全球定位系统（GPS）是一个环绕地球轨道运行的卫星网络。目前有 30 颗运行中的 GPS 卫星。这些卫星不断发射信号，其中包含有关其精确位置和时间的信息。
全球导航卫星系统（GLONASS）是俄罗斯开发的卫星导航系统。该系统最初由 24 颗卫星组成。
伽利略系统是欧盟的全球导航卫星系统。它旨在为欧洲和其他地区提供一个独立的定位系统。
北斗 卫星导航系统（BDS）是中国的全球导航卫星系统。它最初提供区域覆盖，但随着北斗三号星座的建成，它现在提供全球导航服务。

全球导航卫星系统定位误差的最主要来源之一可归咎于大气层。由于卫星和全球导航卫星系统信号接收器相距甚远，全球导航卫星系统信号在卫星和接收器之间的传输距离长达数千公里。在这一过程中，信号会穿过大气层。

电离层是地球上空 50 至 1000 千米的大气层。地球外层含有称为离子的带电粒子。它们会严重影响全球导航卫星系统信号的传输，导致信号失真和延迟。

由于大气误差不断变化，预测难度很大，因此很难确定其对计算位置的精确影响。

电离层活动造成的延迟可能因以下因素而异：

大气误差还取决于基准基站与漫游车接收器之间的距离。基站与漫游车之间的距离称为基线。如果不考虑基线误差，特别是在长基线应用中，会造成严重的定位误差。

基站安装在一个精确的已知位置。它估算全球导航卫星系统的误差，并不断向漫游车接收器发送修正信息。

然后，漫游车接收器利用这些数据纠正所有误差，并计算出准确位置。当基站和漫游车距离较近时，这种方法非常有效。

我们知道，当几个接收器并排放置在一个空旷区域时，它们往往会产生相似的误差。由于电离层的影响，基站和漫游车接收器都会经历相同的延迟，因此误差也相同。这就是所谓的标准全球导航卫星系统误差。

由于这种独特的特性，我们可以更精确地计算接收器之间的相对距离。这使得系统更容易修正大气误差。

当基线较长时，电离层活动会导致基站和漫游车之间出现显著差异。随着太阳活动的增加，电离层的波动也会增加。

每隔 11 年，太阳的磁场就会完全翻转。

这导致太阳活动增加（2023 年至 2025 年达到峰值）。许多现代校正软件包都提供了考虑长基线和太阳活动的解决方案。

减少电离层活动增加对全球导航卫星系统运行的影响：

确保您的 GNSS 传感器拥有最新的软件，以获得最佳的 GNSS 跟踪和定位性能。
利用各种全球导航卫星系统，如 GPS、GLONASS、伽利略和百度（如果可以访问的话）。这将增加用于定位的观测数据的数量，并带来更广泛的 GNSS 跟踪信号。数据越多，可靠性就越高。
在高精度制图学任务中，在不同时间和不同电离层条件下进行两次或多次测量。
使用各种全球导航卫星系统校正服务提供商检查您所在地区电离层的当前影响。
选择符合您要求的 GNSS 校正方法。

想象一下，在这个世界上，一切都完美无缺：接收信号的设备不会出错，卫星不会出现问题，大气层也不会干扰。在这个理想的世界里，全球导航卫星系统可以精确定位。

但在现实中，错误还是有可能发生的。有一种方法可以减少这些误差。这就是各种差分 GPS 或 DGPS 的作用。DGPS 的工作原理是利用多个接收器的信息来估计误差并消除误差。

制图学等应用需要更高的精度。这取决于接收器的技术和校正能力。

可采用各种校正方法来处理接收器侧误差。

电离层活动

RTK 使用一个参考点，如基站，它靠近我们想要知道位置的 GPS 设备（称为漫游者）。

通过了解基站的位置并使用算法，RTK 可以消除基站和漫游车共同存在的误差。这些误差可能来自卫星和/或大气层。

为了解决大气层带来的误差，漫游车和基站需要面对同样的误差。这就是它们必须彼此靠近的原因。

由于采用了 RTK 技术，GPS 的精度可以达到 1 厘米。这种 RTK 方法对于精确的 GPS 解决方案非常有效，特别是对于陆地制图学。

PPK 允许对 GNSS 数据进行精确的后处理，以提高定位信息的质量。它在具有挑战性的 GNSS 信号条件下尤为重要，可提供更可靠、更精确的结果。

它广泛应用于无人机测绘、大地测量和资产管理等领域。

现在最大的问题是哪种校正方法最好？这取决于许多因素，如位置、基线长度、电离层活动、精度要求、可靠性和预算。

让我们比较一下两种最流行的校正方法：

标准	RTK	PPK
数据校正	对收集到的位置数据进行实时校正。	首先收集整个位置数据，然后进行异地校正。
后期处理	不需要对数据进行后处理，因此不需要使用后处理软件。	需要专用软件。
基站与漫游车之间的信号强度	基站与漫游车接收器之间必须保持持续连接。信号丢失会导致数据丢失，从而带来更多误差。	基站与漫游车接收器之间不需要很强的信号强度。
工作环境	在开阔的天空条件下，即没有树木、建筑物和山脉等障碍物时，它的工作效果最佳。如果有东西阻挡 GNSS 信号，就很难保证精度的可靠性。	即使在有障碍物的地方（隧道、桥梁、山谷），也能保持分米级精度。这可以通过后向-前向处理等算法来实现。
基线	基线长达 30公里。	在基线较长的情况下，评估和补偿电离层误差。
损坏日志恢复	不适用	可通过 "长基线后验 "恢复受太阳活动影响而受损的日志
太阳活动	计算数据时不考虑太阳活动。	考虑太阳活动，决定长基线模式和短基线模式。