在我们之前的 "掌握精度 "文章中，我们讨论了全球导航卫星系统、其误差源，以及 RTK 如何通过假设基站和漫游车足够接近，从而通过双差分计算消除大气误差来减轻误差。然而，大气层通常是异质的，因此这种方法可能无法完全消除误差，从而导致精度降低。
什么是电离层及其对全球导航卫星系统的影响
电离层是地球高层大气的重要组成部分，距离地球表面约 50 至 1000 公里。
太阳辐射照射到大气层中的微粒，导致自由电子和离子（获得或失去电子的原子）的存在。电离程度随海拔高度、太阳活动和一天中的时间而变化。
极光是高层大气电离的明显结果。关于射频通信，特别是全球导航卫星系统信号传输，这些带电粒子在信号通过电离层时会产生延迟。由于全球导航卫星系统从根本上依赖于能够考虑到信号传输的时间，这些延迟对全球导航卫星系统的精确度有重大影响。
在太阳活动频繁的情况下，其影响可能更具挑战性：电离层闪烁可能会降低信号质量，使其无法用于导航。太阳风暴还可能导致基础设施永久性或暂时性故障。下面是几个例子：
- 1989 年 3 月：太阳风暴后出现重大电力故障
- 2000 年 7 月：无线电中断和卫星故障
- 2022年2月：40颗 "星链 "卫星被太阳风暴摧毁
电离层周期和周期性
电离层的电荷水平受太阳活动、季节变化和日常变化的影响，呈现出周期性的模式。
太阳周期
太阳周期是指太阳活动大约 11 年的变化周期。这一周期以太阳表面的太阳黑子数量的消长为标志。太阳黑子是太阳上的暂时现象，表现为黑点，与强烈的磁活动有关。
太阳周期可分为两个主要阶段：太阳最小期和太阳最大期。在太阳最小期，太阳黑子较少，太阳的整体活动相对较低。随着太阳周期向太阳极大期发展，太阳黑子的数量会增加，太阳活动也会增强。
在太阳活动频繁期间，电离层的电子密度会增加，从而放大电离层对全球导航卫星系统信号的延迟效应。
自 2020 年以来，太阳活动一直在增加，自 2022 年下半年以来太阳活动居高不下，预计在 2025 年达到峰值。太阳活动频繁导致全球导航卫星系统的整体性能下降，并使 RTK 定位的获取更具挑战性。
季节周期
季节变化在电离层行为中起着至关重要的作用。在北纬地区，由于太阳辐射增加，春季和秋季的电离水平通常较高，而夏季和冬季的电离水平较低。
这些季节性变化对全球导航卫星系统信号的影响各不相同，从而导致定位精度的整体变化。
每日变化
电离层的日变化受地球自转和太阳位置的影响。随着地球的自转，不同区域的电离程度不同。在下图中，TECU 代表总电子含量单位，它是电离层活动的特征，也与信号经历的额外延迟有关。
地点
除了上述周期性、季节性和日变化之外，地球的位置对电离层活动也有很大影响。地磁赤道附近的电离层平均活动量较大。
两个日期电离层日常活动的典型示例
大气误差对 RTK 的影响：技术现状
根据全球导航卫星系统接收器使用的技术不同，大气误差的影响也各不相同。
入门级 RTK 接收机通常无法真正应对这种影响，可能会出现 RTK 固定率较低或收敛时间较长的情况。
较高级别的（大地测量）GNSS 接收器或后处理引擎可嵌入一定程度的电离层缓减功能，该功能可基于两种主要技术：
- 特定的测量组合称为 Iono Free，在一些科学出版物中也称为 L3。
- 利用导航滤波器中的专用状态估计电离层误差
这两种方法各有利弊，但通常会产生较高的噪音和/或收敛时间。
利用 Ionoshield 技术减轻这些影响
为了更好地支持我们的客户，我们为 Qinertia 4 开发了一项突破性技术，以纠正电离层高度活动的影响：
Ionoshield 利用 PPK 的全部功能，即使在困难的 GNSS 条件和电离层高度活跃的情况下，也能提供可靠的厘米级 RTK 定位解决方案。Ionoshield 是一种大气误差缓解算法。它利用基地和漫游车上的观测数据来确定电离层和对流层引入的误差。
它利用所有可用频率和星座来估计大气误差并对其进行补偿。
最后，Ionoshield 与嵌入式 RAIM 算法相结合，可检测并排除电离层问题（如闪烁）导致的任何故障卫星：
- 无与伦比的 RTK 定位能力和厘米级精度
- 与无离子组合等其他离子处理技术不同，不会增加噪音
- 充分利用现代多频接收机的优势，使用三频全星座 PPK 提高精度和稳健性
- 即使在陆地应用（轻度至中度城市环境）中也能发挥作用。
为了使 Ionoshield 尽可能易于使用，Qinertia 还集成了自动选择选项。该自动选项先评估电离层活动，然后再选择处理模式：单基 PPK、Ionoshield PPK 或 VBS。对于高级用户，也可以手动选择处理模式。
虽然 Ionoshield 具有巨大优势，但也有一些先决条件：
- 至少要有双频 GNSS 接收机（L1/L2 优先），这是所有SBG Systems 产品的必备条件。Ionoshield 还可充分利用可用的三频（L1/L2/L5）GNSS 接收机来提高精度！
- 记录持续时间和开阔天空：Ionoshield 可以快速收敛。但在电离层活动频繁、基地和漫游车观测到的误差差异较大的极端条件下，Ionoshield 可能需要更长的收敛时间。
如果您有兴趣测试 Ionoshield 如何改进您的数据，请联系我们。