附加物理参量约束的高精度时域电离层预报模型及在PPP-RTK中的应用

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在充分考虑电离层变化受太阳活动和地磁变化的影响下,通过附加Kp指数、Dst指数和F10.7P、R太阳黑子数等地磁和太阳变化指数,构建附加物理参量约束的高精度电离层预报模型(Physical constrained polynomial model,PCPM)。基于中国区域CORS站数据,对PCPM模型与目前广泛用且公认效果良好的不附加物理参数的季节性增强乘积自回归滑动平均模型(autoregressive integrated moving average,Arima)的电离层预测效果进行对比,重点分析两种模型在不同预报时间跨度、不同纬度位置和不同建模数据长度周期下的预报性能以及模型产品对PPP-RTK的影响效果分析等。实验结果得出以下结论:
  1)根据不同预报时间跨度模型精度对比表明:季节性Arima模型结果偏差在1TECU以内占72.01%,偏差小于2TECU的占95.21%,偏差大于3TECU占0.63%;PCPM模型预报残差小于1TECU的占82.85%,相比于Arima模型提高了10.85%,PCPM模型残差小于2TECU占95.14%,模型无残差大于3TECU的数据。PCPM模型在预报第一天的精度优于季节性Arima模型,两个模型预报产品精度随着预报时间跨度的增大,整体呈下降趋势,季节性Arima模型预报三天产品精度为1.5TECU。季节性Arima模型长时间跨度预报产品精度优于PCPM模型。
  2)根据不同纬度位置下实验分析表明:两者模型均是中纬度地区精度高于低纬度区域,PCPM模型在中纬度地区、低纬度地区平均精度分别为0.81TECU和1.40TECU,相比季节性Arima模型精度分别提高了15.5%和23%。PCPM模型在中国区域精度优于季节性Arima模型。
  3)根据不同建模数据长度周期下实验分析表明:结果表明所用的建模数据长度周期越长,模型精度越高。27天预报结果综合精度为0.97TECU,相比于10天预报结果的1.11TECU,精度提高了0.14TECU,整体提高12.61%。实际生产应用中,10天数据进行一天预报的结果精度已经在1TECU左右,已经满足实际应用的需求。
  4)PPP-RTK实验结果表明:季节性Arima模型预报产品可以有效提高模糊度固定速度,模型预报产品相比于前一天的同时段TEC约束,模糊度固定速度提高了11.5%,相比于先验无电离层产品情况下固定速度提高了25%;PCPM模型既可以提高模糊度固定速度又可以提高模糊度固定后的定位精度,相比季节性Arima模型模糊度固定速度提高了16.7%,模糊度固定后的定位精度相比于无电离层约束结果E方向精度提高了61.0%,U方向提高了6.9%。
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