电离层对卫星信号的影响一直是全球卫星导航系统GNSS(Global Navigation Satellite System)数据处理中主要的误差源之一。基于GNSS的电离层研究主要包括电离层延迟监测方法研究,建模和预报研究,以及电离层产品的应用。随着我国北斗卫星导航系统BDS(Bei Dou Navigation Satellite System)全球组网建设完成,使得基于GNSS的电离层研究有了更多的机遇和可能性。一方面,北斗系统的星座不同于其他卫星导航系统,在赤道上空包含特有的地球静止轨道GEO(Geostationary Earth Orbit)卫星,可实现高精度电离层延迟监测;另一方面,我国建立了独立的国际GNSS监测评估系统(international GNSS Monitoring and Assessment System,i GMAS),使得研究电离层有了可靠的数据支撑和分析基础。因此本文依托i GMAS重点开展了北斗GEO卫星的电离层监测、北斗全球广播电离层延迟修正模型BDGIM(Bei Dou Global broadcast Ionospheric delay correction Model)评估、i GMAS电离层产品长期预报方法研究。论文研究结果可促进i GMAS监测系统的完善和发展,为我国北斗卫星导航系统和电离层相关技术的发展和应用提供支撑。论文研究的主要成果和创新点如下:(1)利用北斗GEO卫星对地静止的特性,基于近几年的观测数据和频间偏差产品,开展了固定穿刺点处电离层TEC的连续监测试验研究。BDS特有的GEO卫星和地面站相对位置固定,其电离层穿刺点几乎固定不变,可对固定穿刺点处电离层进行连续不间断监测。因此论文提出利用GEO卫星双频观测数据对固定穿刺点处电离层TEC监测的方法。首先通过比较北斗码伪距和载波相位观测值的不同组合,分析得到B1&B2双频组合计算电离层延迟为最优组合。然后采用相位平滑伪距方法计算电离层延迟TEC,相较其他电离层数学模型,该方法的优点是不会引入模型误差,连续三年监测结果与IGS格网产品比较误差约为2TECU。最后利用GEO电离层连续的监测结果,分析了太阳活动的电离层响应特征。(2)在北斗三号全球系统开通之前,基于i GMAS全球跟踪网等数据,以GNSS多系统的事后精密电离层产品和双频实测电离层产品为参考,开展了北斗电离层模型(BDGIM)评估方法研究和实际的试验评估,并与其他广播电离层模型进行了比较分析。评估结果表明:a)与BDSKlob相比BDGIM模型在性能上有了较大提升,电离层改正精度大约提高了20%,并弥补了BDSKlob模型在高纬度和两极区域异常的缺点;b)BDGIM模型和GPSKlob模型相比,模型参数更新率快,对全球范围内的电离层延迟描述更精确,北半球和赤道区域的电离层改正优势明显,南半球中纬度区域和GPSKlob模型精度相当,南半球高纬度区域会出现精度略逊于GPSKlob模型;c)BDGIM模型在电离层平静时期和春季异常时期的表现都优于BDSKlob、GPSKlob模型,在较长时间尺度上BDGIM模型也是可靠的。d)通过与双频实测电离层的对比,BDGIM的差值STD约为1～2.5 TECU;BDSKlob的差值STD约为2～3 TECU,GPSKlob的差值STD约为1.7～6.8 TECU。(3)基于i GMAS电离层产品研究了电离层TEC的长期预报方法,提出了电离层TEC的直接序列预报方法和间接系数预报方法,并对实际预报效果进行了验证。研究电离层TEC的长期预报方法,对于卫星导航系统自主运行,以及相关科学研究等具有重要意义。直接序列预报方法是利用自回归滑动平均ARMA(p,q)模型直接对每个格网点上的电离层VTEC序列进行预报,而间接系数预报方法是将电离层VTEC转换成球谐系数后,对球谐系数序列应用ARMA(p,q)模型进行预报。利用i GMAS电离层产品对提出的两种方法进行检验和比较,结果表明,在15天以内,上述两种方法的预报结果较好,和参考值比较具有很好的一致性,预报值和参考值之差小于3 TECU的格网点数占比75%以上,在每天太阳直射阶段和参考值的差值略大,在4 TECU以内,超过15天时,间接系数预报方法的精度略高于直接序列预报方法。通过6次30天的预报得到的2019年下半年结果显示,两种方法电离层预报的精度基本在80%以上。另外,直接序列预报方法适用于区域性预报,间接系数预报方法适用于全球性预报;临时预报采用直接序列预报方法较为省时,而连续自动化预报采用间接系数预报方法更省时省存储空间。