《卫星导航电离层建模与应用/卫星导航工程技术丛书 杨元喜 主编》结合我国北斗全球卫星导航系统建设和应用的背景，系统阐述了电离层的基本概念和特性、卫星导航电离层影响及电离层信息计算、卫星导航电离层建模的基本原理、卫星导航差分码偏差定义与处理、GPS与Calileo系统广播电离层模型的改进、北斗全球电离层修正模型、卫星导航增强系统电离层时延修正模型、基于卫星导航的全球与区域电离层电子总合量（TEC）精确建模及精化、基于卫星导航的电离层层析反演以及扰动探测方法、卫星导航实时电离层TEC精细建模、卫星导航定位中的电离层时延修正方法等内容，建立了顾及我国北斗系统建设和应用特色的卫星导航电离层监测与建模的理论、方法与应用体系。

《卫星导航电离层建模与应用/卫星导航工程技术丛书 杨元喜 主编》适合于从事卫星导航电离层监测与建模研究的科研人员和工程技术人员参考，也可供大地测量、导航定位和空间物理等专业的研究生和高年级本科生阅读。

袁运斌，1972年2月生，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，国家万人计划领军人才和中国科学院百人计划入选者。主要从事大地测量与导航研究：建立了有特色的北斗／GNSS空间大气效应控制理论与方法：提出和研制了北斗全球电离层修正模型（BDGIM）；主持研究了空间交会对接高动态卫星精密定位及其综合测试理论与方法；负责建成了国家北斗分析中心（首批之一）、中国科学院国际IGS电离层分析中心及联合国亚太参考网分析中心等平台；主持了北斗二代重大专项项目、国家重点研发计划项目及载人航天重大专项专题等科研任务数十项。获国家科学技术进步奖二等奖2项，省部级科学技术进步奖一、二等奖各2项及军队科学技术进步奖二等奖1项;获中国科学院青年科学家奖、中国青年科技奖、中国科学院院长特别奖及全国百篇优秀博士论文奖等荣誉。发表学术论文200余篇。

李子申，1984年10月生，中国科学院空天信息创新研究院研究员，博士生导师．国际大地测量协会电离层工作组主席，中国科学院青年促进会会员．中国科学院卢嘉锡国际合作团队成员，北京市青年拔尖人才。主要从事卫星导航电离层监测、建模与应用方面的研究，主持了国家重点研发计划政府间国际合作专项、国家自然科学基金青年和面上项目、北斗重大专项等10余项。曾获国家科学技术进步奖二等奖、测绘科学技术奖二等奖、湖北省科学技术进步奖一等奖等。发表学术论文130余篇。

王宁波，1987年11月生，2010年毕业于长安大学测绘工程专业，2016年于中国科学院测量与地球物理研究所获得博士学位（硕博连读），2019年于德国慕尼黑工业大学完成博士后研究工作。主要从事卫星导航电离层方面的研究。现任中国科学院空天信息创新研究院副研究员．中国科学院青年促进会会员，国际大地测量协会电离层工作组副主席，国际GNSS/DORIS服务组织电离层／实时工作组成员。曾获得中国科学院院长优秀奖、COSPAR信标卫星年会青年科学家奖、COSPAR青年科学家优秀论文奖、中国卫星导航学术年会青年优秀论文奖、空间天气科学大会优秀论文奖等。

霍星亮，1978年10月生，2001年毕业于长安大学测绘工程专业，2009年于中国科学院测量与地球物理研究所获得博士学位（硕博连读）。主要从事GNSS卫星导航定位及电离层建模修正与应用研究。现任中国科学院精密测量科学与技术创新研究院副研究员，中国测绘地理信息学会大地测量与导航专业委员会委员，中国科学院青年促进会会员。先后主持了国家自然科学青年和面上基金项目、国家自然科学创新群体基金课题等。曾获国家科学技术进步奖二等奖、测绘科学技术奖一等奖、湖北省科学技术进步奖二等奖等，并获得湖北省优秀博士学位论文与湖北省自然科学优秀论文奖一等奖等。

第1章 电离层基本概念和特性

1．1 电离层的基本概念

1．2 电离层的结构与机制

1．2．1 电离层的分层结构

1．2．2 电离层中的物理化学过程

1．3 电离层的形态及影响因素

1．3．1 电离层的时空变化形态

1．3．2 电离层活动的主要影响因素

1．4 电离层中的不均匀结构、扰动和异常现象

1．4．1 电离层不均匀结构

1．4．2 电离层扰动

1．5 电离层对电波传播的影响

1．5．1 电离层折射

1．5．2 电离层折射影响表达式

1．5．3 电离层闪烁

1．6 电离层主要探测方法

1．6．1 地基电离层探测技术

1．6．2 空基电离层探测技术

1．6．3 星基电离层探测技术

参考文献

第2章 卫星导航电离层影响及电离层信息计算

2．1 卫星导航定位基本原理

2．1．1 卫星导航基本观测量

2．1．2 卫星导航基本定位原理

2．1．3 地基GNSS定位方法

2．1．4 空基GNSS定位理论与方法

2．2 电离层对卫星导航定位的影响

2．2．1 与卫星导航相关的电离层主要参数

2．2．2 电离层延迟对卫星导航定位精度的影响

2．2．3 电离层延迟对卫星导航定位方法的限制

2．2．4 电离层对卫星导航系统完好性的影响

2．3 基于卫星导航信号的电离层TEC信息提取

2．3．1 基于载波相位平滑伪距确定电离层观测信息

2．3．2 基于精密定位方法确定电离层观测信息

2．3．3 基于阵列辅助精密单点定位方法确定电离层观测信息

2．3．4 基于三频观测数据确定电离层观测信息

2．4 基于卫星导航信号的电离层电子密度计算

2．4．1 基于掩星的方法

2．4．2 基于三维层析成像的方法

2．5 基于卫星导航信号强度的电离层闪烁探测

2．5．1 GNSS电离层闪烁探测方法分类

2．5．2 基于电离层闪烁指数的探测方法

参考文献

第3章 卫星导航电离层建模的基本原理

3．1 电离层建模的基本假设

3．1．1 电离层薄层假设

3．1．2 电离层薄壳假设

3．1．3 电离层多层假设

3．2 电离层TEC主要数学模型

3．2．1 球谐函数

3．2．2 多项式函数

3．2．3 广义三角级数函数（GTSF）

3．2．4 球冠谐函数

3．2．5 距离加权法

3．2．6 Kriging插值法

3．2．7 泛Kriging插值法

……

第4章 卫星导航差分码偏差定义与处理

第5章 GPS广播电离层模型Klobuchar的改进

第6章 Galileo广播电离层模型NeQuick的改进

第7章 北斗全球系统广播电离层模型BDGIM

第8章 卫星导航广域增强系统电离层修正模型

第9章 区域电离层模型构建关键技术与精化方法

第10章 基于卫星导航的全球电离层TEC精细化监测方法

第11章 基于卫星导航的电离层层析反演方法

第12章 基于卫星导航的随机电离层扰动效应探测方法

第13章 基于卫星导航的电离层TEC实时建模方法

第14章 卫星导航中电离层延迟修正方法

缩略语

作为日地空间环境的重要组成部分，电离层对无线电信号传播产生严重的影响，由此引起的无线电导航信号时延可达米至百米级，是导航信号数据处理中必须精确处理与控制的误差源之一。受太阳活动、地球磁场以及中性风等多类因素的综合影响，电离层在全球不同地区以及不同太阳活动水平下对导航信号的影响具有显著差异。国际上各个卫星导航定位系统，如美国GPS、欧盟Calileo系统及我国北斗卫星导航系统（简称“北斗系统”），无论在系统建设的前期预研技术攻关与工程化实施还是建成后的推广应用与产业化过程中，都采取了多种重要技术措施修正或削弱电离层对卫星导航信号传播的影响，以确保系统运行与应用的性能。

以GPS为代表的各类卫星导航系统的快速发展，也为高精度、高分辨率地连续监测电离层电子总含量（TEC）与电子密度分布提供了全新的技术手段。国际GNSS服务组织自1998年组织全球GPS电离层观测以来，积累了丰富的原始电离层资料，其发布的全球二维电离层TEC格网产品，成为研究电离层时空结构及其时延修正的重要基础数据；同时，GNSS电离层层析技术能够实现三维甚至四维电离层电子密度结构的重构与反演，逐渐成为一种新的电离层空间环境监测手段；电离层中不均匀体等引起的不规则性扰动，会使导航卫星信号频繁发生周跳甚至信号中断，GNSS为大范围连续实现电离层扰动监测提供了可能。

我国北斗全球卫星导航系统的建设与应用为GNSS电离层研究带来新的机遇与挑战。一方面，不同于美国GPS，我国BDS监测站的布设以“境内为主，境外为辅”，且境外监测站数量非常有限，加之，我国区域电离层活动较欧美中高纬区域更为复杂，难以直接利用国际上现有模型与方法实现北斗全球／区域电离层时延的高精度修正及全球电离层变化的精细监测；另一方面，美国GPS已广泛应用于全球许多重要的行业及技术领域，而俄罗斯GLONASS、欧盟Galileo系统及我国北斗系统均为GPS正式运行与服务多年之后建设的全球卫星导航系统。如何在未来激烈的市场中取得优势和主动地位，是BDS现在和未来各个建设与技术研发环节都应充分考虑的问题，这就要求BDS电离层监测及修正的技术指标与性能尽可能优于GPS。

本书全面梳理并总结了卫星导航系统中涉及的卫星与接收机差分码偏差处理、不同尺度电离层时延误差修正、二维／三维电离层时空变化监测以及电离层扰动效应探测等问题，在充分借鉴GPS、Galileo系统在电离层研究与应用成功经验的基础上，提出并建立适合于BDS的全球广播电离层时延修正模型、卫星差分码偏差精确确定方法、广域增强系统电离层时延修正方法、全球电离层TEC格网建立方法、三维电离层层析反演方法、电离层扰动效应探测，以及面向不同导航定位用户的电离层影响处理等相关模型与算法，为保证BDS导航用户定位性能与服务水平提供相关的技术支撑。本书各章节内容安排如下：

第1章介绍空间电离层的基本概念和特性，包括电离层分层结构与物理化学过程、时空变化形态与影响因素、不均匀结构与扰动、对无线传播的影响及主要探测方法。

第2章回顾卫星导航定位的基本原理、电离层对卫星导航定位的影响、GNSS原始电离层观测信息的提取方法、基于卫星导航信号的电离层电子密度计算方法以及基于导航信号强度的电离层闪烁探测方法。

第3章总结卫星导航电离层建模与反演所涉及的基本假设、电离层TEC数学函数模型、电子密度数学函数模型以及常用坐标系。

第4章针对BDS近期／未来全球基准站布设较少的情形，提出一种精确确定卫星和接收机差分码偏差的方法，并基于多模GNSS观测数据试验网对方法的精度和可靠性进行详细分析，同时揭示了卫星导航接收机差分码偏差时间尺度内的变化特性。

第5章在对Klobuchar模型电离层夜间平场及初始相位参数变化规律分析的基础上，提出一种改进的Klobuchar模型，评估分析了其精度和可靠性；针对GPS用户接口文件中电离层参数接口难以修改的现状，设计了一种顾及夜间电离层变化的Klobuchar单频电离层误差修正方案。

第6章基于GNSS基准站数据实现Galileo全球广播电离层模型NeQuick播发参数的解算，并利用GPS及JASON TEC实测数据评估NeQuik模型在全球大陆及海洋地区的实际应用精度，进而提出一种基于NeQuick模型的电离层投影函数误差分析及改进的方法。

第7章结合BDS监测站布设以“境内为主，境外为辅”的特点，建立适合于BDS广播应用服务的北斗全球电离层修正模型（BDGIM）。同时，基于区域的BDS及全球的GPS实测数据全面评估模型在中国区域及全球范围内的应用精度及可靠性。

第8章在充分考虑中国区域电离层TEC分布特点的基础上，提出BDS广域增强系统的电离层时延修正方法，利用不同太阳活动水平下实测的GPS以及部分BDS数据对该方法的精度及其对定位收敛速度的增益进行分析。

第9章提出一种电离层薄层高度确定方法，研究了不同