[科普中国]-天波同步误差

定义

天波同步误差是指在天波同步的罗兰中，由于电离层变化对台站同步信号传输时间影响而引起的台站同步误差。1

罗兰随着卫星导航定位系统在全世界范围内全面投入使用后，其优良的导航性能和实用性己经被人们所熟知，但是近些年来，人们逐渐开始关注卫星导航系统自身存在的问题和不足，而且逐渐清楚地了解到把卫星导航定位系统作为未来导航唯一手段是不可靠的。通过对我国的实际国情考考量，同时借鉴美国、欧洲等导航先进国家的成功实际应用经验，对于卫星导系统目前存在的系统风险我们非常清楚地认识到:我国不仅仅要大力提高开发和应用北斗卫星导航系统水平，同时也必须继续大力发展陆基无线电导航系统的应用范围和领域。一方面，陆基无线电导航系统罗兰C可以作为卫星导航系统的良好补充;另一方面，依靠卫导系统的即时定位准确性对罗兰C的定位误差ASF(Additional Second-phase Facto：附加二次相位因子)修正进行校准，进而有效地提高了我国罗兰C无线电导航系统应用的导航定位误差；大大改善导航定位的几何因子和定位精度，并且组合应用可以有效的降低卫星导航系统使用过程中的风险。

从平面几何可知，在平面上，任一点的坐标可由两条线相交确定。这些线可以是直线、圆、双曲线。罗兰C系统是一种相位双曲线中远程导航系统，它采用几何定位原理。

在导航中，把具有固定导航参数的点的轨迹线(等值线)称为位置线。罗兰C系统的导航参数是用户相对于两导航台的距离差。至两个地面导航台具有等距离差的位置线，是以该两个地面导航台为焦点的双曲线族。所以罗兰C系统的一个距离差参数对应一条双曲线位置线。双曲线位置线的取得是基于在接收点测量来自两个地面台信号到达时间之差，再根据电波传播速度的恒值性，把时间差转换成距离差。一个距离差对应于一条双曲线位置线，多条位置线的交点即为定位点。

系统工作频率为100kHz，属于无线电波的低频段。所有罗兰C系统的信号载频都相同。导航信号是100kHz载频调制的脉冲信号，以脉冲组形式发射。脉冲组中的脉冲采用了相位编码，主台脉冲组和副台脉冲组使用不同的编码。不同的台链用不同的脉冲组重复周期来区分，同一台链各台则用相同的脉冲组重复周期。脉冲信号的包络形状是特别设计的，它能保证信号频谱能量的99%以上集中在90~110kHz的频带之内，而且还有利于抑制天波干扰。2

电离层延迟修正卫星信号通过大气层传播到地面，由于大气层并非均匀的媒介，所以对电波的传播时延造成误差，主要是由于电离层的折射、散射和对流层的折射效应引起的。但是电离层的折射、散射效应以及对流层的折射效应都具有一定的变化规律，通过建立合适的传播误差修正模型，这些误差是可以修正到相当好的程度。

电离层由于太阳紫外线辐射以及X射线的辐射而成为等离子体。一般来说将电离层分为4个层面，低电离层处于光化平衡，高电离层处于扩散平衡。若以N表示电子浓度，表示正离子浓度，则在电离层中有N=。还有因电子附在中性粒子上产生的负离子，则应与电子一并计入。N=的特性称为电离层的电中性。在光化平衡区，电离和复合过程总是影响离子一电子对的数量，但总体上会维持平衡。在扩散平衡区，局部电中性是由电子和离子气体之间祸合的静电标高(“双极”扩散)来维持的。

无线电波通过电离层时，由于大气的存在，会使无线电波传播速率减小。

电离层中影响卫星定位信号的主要参数就是TEC(积分电子浓度)。TEC表示无线电波从卫星到接收机传播路径时，每平方米的电子浓度。

TEC的值一般为，在极限情况下有可能到。这和太阳的活动有很大的关系。由于电离层形态的复杂性，无论是基于经验型气候或者是理论气候模型，所有的电离层模型仅仅是考虑到一小部分由于太阳活动而引起的误差。即使是中等海拔高度地区的每天电离层离子浓度变化也很剧烈，最好的模型也不过是对可能出现的误差进行大致的估计。

电离层效应距离偏差可以通过建立电离层效应距离偏差改正模型来削弱，通常也有两种方法:一是直接采用导航电文提供的电离层延迟改正数。此值是卫星在天顶方向(即仰角E=90度)的电离层延迟改正;二是依据导航电文提供的电离层延迟改正参数，按照Klobuchar模型计算可得。3