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在GNSS导航定位的过程中,电离层延迟误差是不可避免的主要误差来源之一,如何对电离层延迟进行有效改正以提高GNSS的导航定位精度是目前重要的研究方向。电离层总电子含量(TEC)是表征电离层物理特征的重要参数之一,对其进行研究与预报,不仅对GNSS精密测量、实时导航定位精度的提高有重要意义,还能为地球物理、空间环境等学科提供相关的研究资料。基于此,本文对电离层TEC的变化规律、短期预报及预报模型的改进等方面进行了研究,主要内容和相关结论如下:1.利用IGS提供的GIM格网数据,通过全球5112个格网点分别分析太阳活动的平静期(2009年积日185)与活跃期(2011年积日75)的电离层TEC周日变化。研究了小波的分解与重构算法,通过小波分解对全球11年(2007~2017年)不同纬度的TEC值进行趋势提取,并结合太阳活动情况,研究了电离层的年度变化规律及其影响因素。得到结论如下:(1)活跃期的电离层TEC周日变化幅度大于平静期,且日峰值远大于平静期;(2)电离层受太阳活动的影响与纬度有关,影响程度总体上随纬度的增大而减小;(3)电离层TEC在南北半球的夏季均高于冬季,且TEC的变化趋势与太阳黑子相对数的变化具有一致性。2.研究了Holt-Winters加法、乘法模型和ARIMA模型的原理与建模方法,基于平静期15天的GIM格网数据,分别利用三种模型对北半球不同经纬度上空的TEC值进行5天预报,并系统分析了预报值的精度。实验结果表明:(1)总体来看,ARIMA模型的相对精度最高,均方根误差最小,预报效果最好,其次为Holt-Winters加法模型,乘法模型精度最低;(2)预报值相对精度与均方根误差的纬度差异较经度差异更为显著,且三种模型的误差分布具有一致性;(3)在不同经线上,三种模型的均方根误差峰值均多次出现在北纬20度附近,且均方根误差总体表现为低纬度区域大于高纬度区域。3.研究了几种利用双频观测值解算电离层延迟、反演电离层总电子含量的算法。通过投影函数与多项式插值得到测站垂直方向的总电子含量(VTEC)。利用小波分解改进ARIMA模型,构建了W-ARIMA模型。采用相位平滑伪距法解算了2011年磁暴发生前后13天内中国地区16个GNSS观测站上空的VTEC值。通过时间序列对缺失历元插值后,分别利用ARIMA与W-ARIMA模型基于前10天的VTEC数据对后3天进行预报,对比分析了模型改进前后的预报精度。实验结果表明:(1)改进模型能够有效削弱每日VTEC极大值附近的预报残差,预报精度较原模型有显著提高;(2)W-ARIMA对低纬度测站的改进效果要优于高纬度测站;(3)改进模型的残差与均方根误差较原模型总体减小,同时对中国地区的均方根误差峰值能起到较大的削弱作用。