上海天文台在GNSS/LEO掩星电离层反演研究中取得进展

随着电子与通讯等现代科技手段的飞速发展，许多卫星技术的研究和应用日益广泛，而这些研究与应用跟大气对无线电波传播的影响密切相关。地球电离层是空间天气的主要组成部分之一，它的活动和特性直接影响到无线电通信、卫星精密导航定位、无线电技术的航天测控等技术领域。

全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System; GNSS）信号通过地球大气层后，被安装在近地轨道(Low Earth Orbit; LEO)卫星上的GNSS接收机所接收。接收的信号中包含了大气层和电离层的信息，通过相关的反演方法，可得到中性大气层和电离层的信息，包括大气层的折射率、密度、温度、水汽压廓线和电离层的电子密度廓线。近二十年来，有10多颗搭载GNSS/LEO掩星接收机的LEO卫星发射成功，提供海量的全球覆盖、近实时、高精度、高垂直分辨率和全天候的电离层观测资料，弥补其他电离层观测技术的不足。

而在GNSS/LEO掩星电离层技术中，主要的误差来自于电离层球对称假设引入的反演误差，模拟仿真分析显示，其最大贡献甚至超过30%（如图a中的红色区域）。中国科学院上海天文台副研究员郭鹏和他的合作团队发展了新的GNSS/LEO掩星电离层反演算法，通过辅助的电离层水平梯度信息来改进电离层球对称的假设。而辅助电离层信息的可靠性将直接影响反演结果，因此通过电离层掩星观测资料建立一个全球电离层月平均气候模型，作为辅助电离层信息。模拟仿真结果显示，该算法可以有效提高GNSS/LEO掩星电离层反演精度(如图b，c)。

图中显示了根据1个月的电离层掩星资料反演得到的电离层F2峰值密度反演的均方根误差统计分布。图a是传统反演结果，图b是新算法反演结果，图c是新算法再一次迭代反演结果。