中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院
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1. 标题
· 二阶电离层延迟对利用GPS和BDS观测值估计ZWD的影响
· The impact of second-order ionospheric delays on the ZWD estimation with GPS and BDS measurements
2. 成果信息
· Zhang, S.; Fang, L.; Wang, G.; Li, W. The impact of second-order ionospheric delays on the ZWD estimation with GPS and BDS measurements[J]. GPS Solutions, 2020, 24(41).
· 论文链接：https://doi.org/10.1007/s10291-020-0954-8
· 项目支持：中国科学院战略重点研究计划（项目编号：XDA17010304），国家自然科学基金（项目编号：41504023, 41804033），中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(项目编号：CUGL170821, CUGL180831），武汉大学地球空间环境与大地测量教育部重点实验室开放基金资助项目（项目编号：18-01-06）
3. 成果团队成员
张绍成，博士，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院，讲师，硕士生导师。研究方向GNSS大气遥感与精密定位。（第一作者，联系邮箱：zsc@cug.edu.cn）
方磊，硕士生，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院，研究方向为GNSS精密定位算法。
王广兴，博士，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院，讲师，硕士生导师。研究方向GNSS精密单点定位及模糊度固定理论与方法。（通讯作者，联系邮箱：wanggx@cug.edu.cn）
李玮，博士，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学学院，讲师，硕士生导师。研究方向GNSS精密定位及其应用。
4. 成果介绍
随着多GNSS估算对流层天顶湿延迟（Zenith Wet Delay）的精度逐步接近毫米级，电离层二阶项延迟的影响逐步体现出来，本文基于GPS和北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）实测和模拟观测数据的分析，评估电离层二阶项延迟对实时ZWD估算的影响。
论文首先选用三个IGS测站在太阳活跃年（2016）和非活跃年（2018）的连续7天（DOY 57-63）观测数据说明GNSS信号中的二阶电离层延迟大小和特性（如图1）。这三个测站分别位于北半球，赤道和南半球。2016年的VTEC平均值为19.5 TECU，最大值为82.2 TECU；在2018年同期，VTEC的平均值和最大值分别为9.8和47.2 TECU。每个测站的二阶电离层延迟在夜间保持相对稳定且较小，但在白天变化很大。尽管每个站的数据显示效果不同，但从每个站的时间序列中可以发现明显的日周期性。
图1. 测站JFNG、EUSM和ALIC活跃期（上）和非活跃期（下）的二阶电离层延迟
图1中测站JFNG、EUSM和ALIC分别位于中国、马来西亚和澳大利亚，每种颜色的对应一颗卫星。可以看出，二阶电离层延迟的最大变化超过1cm，这说明二阶电离层延迟对对流层参数的影响不应再被简单地忽略。论文利用上述三个测站数据进一步分析了二阶电离层延迟对估计ZWD的影响，结果如图2所示。
图2. 二阶电离层延迟对估计ZWD的影响及可见卫星数
图2中，2016年的影响显著大于2018年，这与图1中的结果一致。并且结合GPS和BDS计算得到的二阶电离层延迟对ZWD的影响明显比仅使用GPS的影响更小。随着不同方向上可见卫星数的增多，二阶电离层延迟的影响有可能被抵消或平均化。
论文统计了2015年至2018年的二分二至日，二阶电离层延迟对ZWD影响的最大值，并且测站按纬度升序进行排序，结果如图3所示。高纬度测站的最大值小于低纬度测站的最大值。在大多数测站，GPS和BDS结合使用的影响要小于单独使用GPS。
图3. 二阶电离层延迟对ZWD影响的最大值
论文最后利用仿真数据评估了二阶电离层延迟在亚太地区的影响，结果如图4。模拟数据结果表明无论是结合BDS和GPS还是单独使用GPS，中低纬度的影响要大于高纬度地区。
图4. 二阶电离层延迟对ZWD的影响（左）和对应的VTEC（右）（UTC=5:00）
论文研究表明，二阶电离层延迟对估计ZWD的影响可超过3mm，采用GPS/BDS集成可以在一定程度上降低二阶电离层延迟的影响。但BDS系统的静止轨道卫星观测数据，因其信号受电离层最为活跃的赤道区域的影响，在电离层较为活跃的地方时中午时段，GPS/BDS集成可能会给ZWD评估带来更大的误差。
