摘要：GPS全球定位系统是英文GlobalPositioningSystem (全球定位系统) 的简称，是一个能够为用户提供精密的三维坐标，速度以及时间，且基于人造卫星、面向全世界的全天24小时无线电定位定时系统。GPS全球定位系统卫星极易受到误差源、各种大气因素等的影响，在信号发射至接收的过程中，导致GPS全球定位系统的测量产生一定程度上的误差，其中电离层是影响GPS测量的重要因素之一。
关键词: GPS; 电离层; 测量
1电离层和GPS基本概念
1.1电离层基本概念
60 千米以上的整个地球大气层都处于部分电离或完全电离的状态，电离层是部分电离的大气区域，这部分区域大致范围在60-1000km 之间，完全电离的大气区域称磁层。也有人把整个电离的大气称为电离层，这样就把磁层看作电离层的一部分。在太阳系中临近地球的金星、火星也有类似地球的电离层结构，相对较远的土星、天王星和海王星是否有同样的电离层结构，还需进一步观测研究。电离层的特点是具有大量的自由带电粒子和离子,它们会对通过电离层传播的电磁波信号产生干扰，影响强度。
1.2 GPS全球定位系统
在人类科技的历程中，导航一直占据着极其重要的地位。1957 年10 月，世界第一颗名为Sputnik的人造地球卫星在前苏联成功的研发，从此开启了人类利用卫星开发导航定位系统的新旅程，新篇章。1973 年12 月，美国国防部批准它的海陆空三军联合研制一种新的军用卫星导航系统一授时与测距导航系统/全球定位系统(NAVSTAR/GPS全球定位系统),通常简称为全球定位系统(GPS全球定位系统）一个基于人造卫星、面向全世界的全天24小时无线电定位并且定时系统。GPS全球定位系统有以下的特点:全球地面连续覆盖;;应用极其广泛;国观测站之间无需通视;同定位精度高; 观测时间短、提供三维坐标、操作简便、全天24小时作业.
2电离层对GPS测量的影响
GPS全球定位系统，在很多领域多发挥着巨大的作用。特别是在军事还有民事方面发挥着很强的作用。GPS全球定位系统能够极其便利地发现被测物体的三维目标，但是怎么保证GPS全球定位系统测量的精确度，一直深受人们关心。诸多因素是影响GPS全球定位系统测量精准性的原因，其中电离层的延迟是其中最为主要的原因之一。距离地面上空数千米距离的空间因为被太阳紫外线的一些强射线影响而产生电离现象，从而形成的这部分空间，则为电离层。电离层的存在是无线电发生折射反射的主要原因，从而导致无线电监测信号的相位，与及政府发生不可估量的变化，导致测量误差。
2.1影响原理
GPS全球定位系统 卫星导航测量原理，就是利用空间分布的卫星和卫星与观测点的距离交会得出观测点位置。从这个原理中可以得出，得出卫星的空间坐标和卫星至观测点的距离的相关数据通过精密的计算，才能使GPS全球定位系统 定位得出准确的测量数据。通过GPS全球定位系统卫星星历可以确定卫星的轨道等信息。通过GPS全球定位系统信号接收机接收卫星的导航信息可剩定卫星至观测点的距离(即站星距离)GPS全球定位系统 信号从卫星端传播到接收机需要穿越大气层，面大气层对信号传播的影响表现为大气延迟误差，电离层延迟误差是大气延迟误差的一种主要的体现方式之一。
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2.2影响原因
电离层作为散射介质，由此能够反射或折射无线电的信号，使无线电的信号发生瞬息万变的变化状态，此状态不适宜进行模拟测量，GPS全球定位系统使用的信号是电磁波，因此当GPS全球定位系统信号通过电离层的事，因而在电介质的非线性散射的影响下，信号的传播路径在其影响下弯曲，在带电离子的效果下，对传播速度产生一定的影响，从而影响信号传播时间，使得卫星接收机的实际距离与此所测量的数据有所误差，即电离层延迟现象对测量距离的误差影响。
2.3电离层对GPS测量的影响
电离层对GPS全球定位系统测量的影响主要有以下几种:
①信号调制的码群延，一般会产生绝对的测量误差。载波相位不一致时，产生相对的测距误差，电波穿过电高层载波相位的传播比在自由空间要提前。
②多普勒频移，tc的变化率，以及不规律性，都能造成距离误差，信号波幅衰减，信号频繁，周期性的衰减，会增加GPS全球定位系统跟踪难度。
③太阳耀斑产生强大的磁场，磁暴，使部分电离层中的电子密度增加，同时切断效应也使定位受到影响。
④电离层对差分GPS全球定位系统的影响，一定范围内是电离层对查分GPS全球定位系统的影响不大，超出范围将会产生较大误差。
3如何减弱电离层对GPS测量的影响
为减轻电离层延迟对GPS全球定位系统测量的影响，一般采用以下几种方法：
①在比较恰当的时间去观测，避开在太阳耀斑以及太阳辐射，强的情况下观测，特别是进行精密的测量时，一定要避开这些不利的条件。
②提高卫星高度截止角，增加卫星的高度截止角度，根据实验结果，对容易受影响的低高度数据进行剔除，但是同时低高度数的数据，不一定都要剔除。
③在目前使用的仪器中，部分厂商给出其测程在二十千米以内的中肯建议，若测程大于三十千米，那么将难以消除电离层对其的误差影响，在某一精准指标的既定要求下，有关组织单位应该进行有效的实验来求定这种指标要求的数据上限。有可能对于不同型号的仪器，其界限上也可能有一定的差别。在一定情况下，应该在夜间观测比较长的边或者要求较高精度的边。对于新点，为了达到测量的准确性，最佳的做法应该在不同的时间段至少独立的安排两次仪器进行重复的观测。最好能达到安排在不相同的时间段这个条件，以便得出更好的结果。
④将两个在不同条件下进行观测的各自独立观测值进行比较，对防止电离层不规则变化对测量结果的影响和及时发现包含有错误的观测成果，是极其有效的做法。理想中的数据模式应是不仅有白天而且也有夜晚的观测值。
4结语
随着GPS全球定位系统与其它卫星导航系统的深入发展，电离层折射延迟对GPS全球定位系统电磁波测量造成误差的影响必将成为入们关注的热点问题之一，而且随着电离层折射延迟修正方法的进一步完善，GPS全球定位系统测量精度不断提高，将在不远的时间段必定实现。
参考文献
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[3]相祥，相虎，张显如.大气电离层对GPS测量影响的探讨[J].科技资讯，2012（02）：6-7
论文作者:张强1，李莲芳2 *
论文发表刊物:《科技中国》2017年11期
论文发表时间:2018/5/2
标签：电离层论文; 测量论文; 误差论文; 信号论文; 电离论文; 距离论文; 大气论文; 《科技中国》2017年11期论文;