01
电离层是什么？
1.1电离层
电离层是受太阳高能辐射以及宇宙射线的激励而电离的大气高层，60千米以上的整个地球大气层都处于部分电离或完全电离的状态。因为电离层存在，帮我们挡住了很多宇宙射线，保证了地球上的万物得以繁衍生息。
1.2电离层垂直分层
电离层的电子密度在高度方向上的分布并不均匀，由低到高分布一般分为D、E、F层，同时电离层TEC的容易受太阳活动影响。
D层：电子密度的变化情况主要与太阳辐射有关，在每天的午后通常会出现最大电离层密度分布，而随着日落其电子密度则逐渐变小，进入夜间则基本可以忽略不计。
划重点：这也是为什么经常下午浮动，上午和夜里基本不会浮动。
E层：电离层的电子密度在日间变化比较规律，而在夜间则变化较大。
F层：其电子密度在几层中最高。F层在夏季的白天还可以细分为F1层和F2层，F1层主要出现夏季的中纬度，在夜间则会消失。而F2层则会一直存在。
1.3 电离层南北分布
受地磁活动的影响，电离层的电子含量在全球范围内基本沿着磁力线分布。根据分布特征，一般可以分为低纬、中纬和高纬等几个区域。
低纬度区域，电离层电子含量变化比较活跃，电离层电子含量的最大值出现在赤道南北两侧而不是在赤道（电离层赤道异常）。
中纬度区域，电离层活动比较静，该区域受太阳辐射和天气变化的影响，其电离层电子含量的变化存在明显的周期现象。
极区，由于太阳照射与其他区域有明显的差异，因此其日夜之间的电离层电子含量的变化较少，季节变化也很缓慢。
02
电离层如何影响“固定解”？
影响GNSS定位的因素有很多，影响最严重、最难以把控的是电离层。
2.1 电离层对卫星信号的影响
GNSS卫星信号从太空穿越大气层传播到RTK主机，由于电离层中存在大量的自由电子和离子，使得信号在穿过电离层时，其传播速度和方向会发生改变，传播路径也会略微弯曲，使卫星信号产生延迟、偏移。RTK主机自身却无法知道卫星信号延迟了多少，偏移了多少。
2.2 CORS服务如何降低消除电离层影响
CORS电离层有多种建模方法，作为外行人可简单理解为：如下示意图，根据CORS基站1、2观测a、c两点的电离层情况，内插建模推算移动站所在位置b点电离层情况，发送给移动站解算“固定解”。
此图仅做示意，CORS网至少需要3个基站。
2.3 电离层活跃对CORS服务的影响
电离层活跃了，根据周围CORS基站1、2推算的b点电离层准确性就会降低，把这样的数据发送给RTK主机，无法确定整周模糊度，手薄就会长时间“浮动”，或者即使能确定解算出固定解，相比较电离层平静时的测量结果，内符合精度也会降低，很难达到RTK标称精度：平面±8mm+1ppm，高程±15mm+1ppm。
03
哪些因素会造成电离层活跃？
主要有太阳活动，地球的恶劣天气，太空天气，电离层自身发光，低轨道卫星和空间站家园，干扰信号传播等。
1、电离层是不断变化的。电离层由那些被太阳辐射而电离的粒子组成，所以电离层会随着日出日落而变化。在夜间，由于不受太阳照射，先前被电离的粒子会重新组合成为中性粒子，电离层的浓度就会变低。除却太阳辐射，电离层还会受到太空和地球本身的各种扰动源影响产生很多不可预测的变化，这让我们无法准确判断某个特定时间的电离层形态。
2、台风或雷暴等来自地球的恶劣天气会产生压力波，向上激发引起电离层扰动。这也是导致电离层变化的一个因素。
3、由于电离层由带电粒子组成，它对太空中不断变化的磁电情况具有独特的反应性。 这些磁电情况以及带电粒子爆发等其他事件被称为太空天气，通常与太阳活动有关。 除了地球上的常规天气外，太空天气是影响电离层的另一个主要因素。
4、气辉是地球高层大气的微弱发光现象。当高层大气中的原子和分子受到太阳光的激发，在释放多余的能量时就会产生微弱光辉。此外，当被太阳光电离的原子和分子碰撞并捕获到自由电子时也会产生气辉。
气辉不仅仅是一项“自然奇观”，更包含着大量的高层大气和电离层信息。受大气气体、海拔区域和激发过程影响，每种大气会呈现出不同的色彩。因此，我们可以利用气辉来研究不同气体的位置和动态。
5、这个与太空接轨的边界区域正是许多低轨道卫星和国际空间站的所在地，该区域运行的卫星遭受着电离层波动的影响——当磁暴爆发时，大量带电粒子注入大气层并受热膨胀，空气阻力会随之骤增，倘若未能及时加速调整到高轨道，卫星的运行速度会越来越慢，直至脱轨甚至坠落。
6、电离层在日常通信和导航系统中有重要影响。无线电和GNSS信号可以穿过大气包括电离层，也可以通过电离层反射信号到达他们的目的地。电离层的密度和成分变化都将干扰这两种信号的传输
。
7、作为高层大气的一部分，地球电离层是导航卫星和地球之间无线电波在空间传播的最重要的大气层。通常情况下，电离层是单频 GNSS 接收机单点定位的最大误差源。例如，下图显示了 2015 年 3 月 17 日圣帕特里克节 13:00 UT 的全球垂直总电子含量 (VTEC) 地图。这些大的 VTEC 变化主要是由强烈的地磁风暴引起的（Erdogan 等，2020）。
电离层对无线电波的影响是双重的，既能改变信号的传播时间，又能影响信号的传播路径。在大多数实际应用中，电离层对信号传播路径的影响可忽略不计。电离层延迟直接取决于卫星发射端和地面接收端之间沿信号路径的电子密度的积分，即所谓的倾斜总电子含量(STEC)。换句话说，如果通过电离层模型中得知沿射线路径的STEC，便可以计算出单频GNSS测量的延迟，并在一定程度上加以修正。然而电离层是不断变化的，高精度的电离层模型只能和时效性妥协。也就是说，你只能快速地获得预测的电离层模型，或者在事后获得更准确的电离层模型。
在RTK算法中，电离层延迟可以通过双差消除，其原理是假设卫星发射端到地面基站接收端和卫星发射端到地面移动站接收端的延迟是一致的，随着基线的增长和电离层活跃度加大，两者的一致性会变差。在长基线RTK计算中，目前流行的ionosphere-free的线性组合可以消除电离层一阶项的影响，但同时放大了噪声和多路径效应；在网络RTK的虚拟参考站算法中，也有基于基线长度和电离层活跃度的内插模型算法研究，但是当电离层过分活跃时，虚拟参考站数据的准确性将大打折扣。因此，在电离层非常活跃的情况下，超短基线是相对可靠的工作方式。
