电离层（Ionosphere）是日地空间环境的重要组成部分，位于地球地面60 km以上到磁层顶的整个空间，因其复杂多变的物理特性，对基于无线电技术的卫星定位导航系统工程具有重要影响。一方面，电离层误差是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)卫星观测数据处理中最为棘手的误差之一，其导致的延迟误差在天顶方向上可达180 TECU (Total Electron Content unit) (29.2 m; GPS L1频点)，在卫星高度角较低时甚至超过540 TECU (87.6 m)。另一方面，GNSS以其全球覆盖、全天候、长期稳定、高时空分辨率、近实时的优势为反演电离层空间物理结构、探测和预报电离层活动与变化规律提供了丰富的数据资源。基于GNSS观测技术的电离层研究一直是电离层空间物理学、空间大地测量学的研究热点。
利用GNSS不同频率的观测数据可以反演得到卫星信号传播路径上的电离层总电子含量（Total Electron Content, TEC）。基于这些电离层观测数据，引入合适的数学函数或方法，可以建立全球电离层TEC模型。武汉大学卫星导航定位技术研究中心自2008年开始研究地基GPS中国区域电离层模型，初步建成了区域电离层实时监测系统，并探讨了建立实时三维电离层模型的方法。在区域电离层建模的基础上，实现了基于地基GNSS观测数据的全球电离层延迟建模。为了消除全球电离层格网产品中的负值，提出了全球电离层反演不等式约束最小二乘方法。结合4阶自回归模型和最小二乘配置法，实现了全球电离层TEC的长期预报和短期预报。针对全球电离层反演计算耗时的问题，设计了基于OpenMP的并行计算方案，将计算效率提高了6倍。由于电离层TEC在电离层空间物理学和空间大地测量学中的重要性，为了长期、稳定、可靠地监测全球电离层的时空变化，课题组基于C++语言开发了一套高性能高精度的GNSS电离层监测与分析软件(GNSS Ionosphere Monitoring and Analysis Software, GIMAS)。目前，该软件应用于武汉大学IGS电离层分析中心和武汉大学iGMAS分析中心。
图2 IGS电离层分析中心模型一致性的比较
相关论文：
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