電離層折射改正

簡介

電磁波在電離層中產生的各種延遲，都與其傳播路徑上的電子總量有關，而電離層中的電子密度將隨太陽黑子的活動、地理位置的不同、季節的變化及時間（如白天與晚上）的差異而產生變化，且與電磁波傳到天線的方位有關。計算分析表明：電離層延遲的影響在天頂方向可達50米，在水平方向可達150米。

方法

可通過三條途徑解決：利用導航電文中提供的電離層模型加以改正，一般用於單頻接收機，可將其影響減少75%；使用雙頻接收機以減少電離層延遲，觀測並經雙頻觀測值改正後，偽距的殘差可達厘米級；採用兩個觀測站的同步觀測量求差，可削弱其影響，如兩地麵點相距10千米以內，求差後測定的基線長度殘差可達1×10^-6，但當基線較長時，電磁波通過電離層的傳播路徑的相似性較差，測定的基線長度殘差仍將較大，故單頻接收機僅用於15千米以內的基線測量。

原理

在電離層中，相折射率和群折射率是不同的，GPS定位中，對於碼相位測量和載波相位測量的修正量，應採用群折射率和相折射率分別計算。當電磁波沿天頂方向通過電離層時，由於折射率的變化而引起的傳播路徑距離差和相位延遲，一般可寫為：

由相折射率和群折射率引起的路徑傳播誤差(m)和時間延遲(ns)分別為

式中，N_∑為沿電磁波傳播路徑的電子總量，單位：電子數/m²。

在電離層中產生的各種延遲量，對確定的電磁波頻率，只有電子密度是唯一的獨立變數。實際資料分析表明，電離層的電子密度，白天約為夜間的5倍，一年中冬季與夏季相差4倍，太陽活動高峰期約為低峰期的4倍。電離層電子密度的大致變化範圍在10⁹ ~3×10¹²電子數/m³。沿天頂方向電子密度總量，日間為5×10¹⁷電子數/m²，夜間為5×10¹⁶電子數/m²。此外，電子密度在不同高度、不同時間都有明顯差別。

由於影響電離層電子密度的因素複雜（時間、高度、太陽輻射及黑子活動、季節和地區等），難以可靠地確定觀測時刻沿電磁波傳播路線的電子總量。對GPS單頻接收用戶，一般均利用電離層模型來近似計算改正量，但目前有效性不會優於75%。即當電離層的延遲為50m，經過模型改正後，仍含有約12.5m的殘差。