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电离层作为地球空间大气的重要组成部分对无线电导航信号产生着严重影响，已成为全球导航卫星系统(GNSS)数据处理中最为棘手的误差源之一;同时，GNSS也为大范围连续监测地球电离层TEC与电子密度分布提供了全新的技术手段。近年来，我国Compass的建设与应用为GNSS电离层研究带来新的机遇与挑战。一方面，不同于美国GPS，我国Compass监测站的布设以“境内为主，境外为辅”，且境外监测站数量非常有限，加之，我国区域电离层活动较全球平均水平要更为复杂，难以直接利用国际上现有模型与方法实现Compass全球/区域电离层时延的高精度修正及全球电离层TEC的精细监测;另一方面，建立独立自主高精度的电离层时延修正及全球电离层TEC监测方法对我国Compass在竞争日益激烈的国际导航市场中取得优势地位具有重要意义。 本文紧跟国际相关领域的研究热点，结合Compass实际需求以及我国区域电离层活动特点，提出和研究了与Compass建设与应用密切相关的全球/区域电离层时延修正及全球电离层TEC监测的基本模型与方法，自主研制了相关的数据处理与分析软件，采用大量电离层观测数据（包括GPS、Compass、TOPEX/Poseidon以及DORIS等）对相关技术方法的应用性能进行了详细分析与验证，并与国际上相关成果进行了对比。 （一）提出了一种精确确定GNSS/Compass卫星频间偏差的“两步法”-IGGDCB GNSS卫星频间偏差不仅是影响电离层TEC计算精度最主要的系统误差，也是实现多频多类观测值综合利用所必须要消除的误差之一。目前IGS电离层分析中心估计GPS/GLONASS频间偏差参数的方法因全球电离层TEC建模而必须依赖于全球分布的大量GNSS基准站，难以在少量监测站情形下直接实现Compass卫星频间偏差的精确确定。同时，现有方法中施加于所有卫星频间偏差的“零均值”基准无法有效顾及到不同卫星频间偏差稳定性之间的差异，然而，实际中不同卫星因型号以及在轨服役时间的不同，频间偏差稳定性通常会存在一定差异（有时该差异还比较显著）;特别是，Compass星座包含有不同高度轨道的卫星，其所受不同高度上空间环境的影响也极会导致频间偏差稳定性产生较大差异，因此，“零均值”基准一定程度地降低了卫星频间偏差估值的精度与可靠性。 针对此，本文提出并建立了确定GNSS/Compass卫星频间偏差的“两步法”-IGGDCB(IGG, Institude ofGeodesy and Geophysics，Wuhan; DCB，Differential Code Biases)。该方法一方面，通过逐基准站利用广义三角级数函数建立局部电离层TEC模型，实现频间偏差与电离层TEC参数的分离，有效解决了常用方法中因全球电离层TEC建模而造成的对大量全球分布GNSS基准站的依赖;另一方面，通过设计卫星频间偏差稳定性判别标准，自适应地选择部分频间偏差稳定性较好的卫星构造新的“拟稳”基准，用于卫星和接收机频间偏差参数的合理分离，相对于现有方法中施加于所有卫星的“零均值”基准，可有效避免因部分卫星频间偏差稳定性较差而造成的对其他所有频间偏差参数估值的影响，进一步提高参数估计的可靠性。 基于IGGDCB方法利用7个全球基准站与目前IGS各电离层分析中心利用近200个全球基准站确定的卫星频间偏差参数精度基本相当(约0.1-0.2ns)，且IGGDCB方法估计得到的卫星频间偏差变化与其实际稳定性更为接近。IGGDCB方法的建立为后续进一步提高GNSS/Compass电离层时延修正及电离层TEC监测的精度奠定了基础。 （二）构建了一种适合于Compass的全球广播电离层时延修正模型-BRDSH 全球广播电离层时延修正模型是目前单频导航用户实现电离层实时修正的主要技术手段之一，也是目前最方便的修正手段。Compass建设与应用特点要求广播电离层时延修正模型必须能够有效利用在“境内为主，境外为辅”条件下布设的监测站实现全球更新，并具有相对较高的修正精度（优于Klobuchar模型）以及适量的发播参数。现有广播电离层时延修正模型与方法难以满足上述需求。 针对此，本文通过改进与调整球谐函数结构，提出并建立了一种适用于Compass的全球广播电离层时延修正模型-BRDSH(B(BRoaDcast ionospheric time delay correction modelbased on Sphererical Harmonic function)。该模型通过详细分析电离层精细周期变化特性，建立部分球谐函数系数的精确预报模型，从而不仅有效地保留了球谐函数对全球电离层TEC的高精度描述能力，还显著降低了模型发播参数的个数（目前为9个）;在此基础上，设计充分顾及站星几何分布特征及具有特定物理含义的发播参数估计方法，有效解决了以境内为主布设的监测站实现BRDSH模型全球更新的技术难题。 基于境内9个监测站与境外4个监测站可有效保证BRDSH模型在全球范围内实现平均优于75％的修正精度，优于Klobuchar模型约15％;对单频单点单历元定位精度（包括水平和垂直方向）的增益均优于Klobuchar模型约10％;中国境内及周边地区的修正效果优于全球其他地区约5％。BRDSH模型可基本满足Compass全球广播电离层时延修正模型的要求，已为Compass全球电离层时延修正技术方案及相关指标论证提供了重要参考。 （三）初步建立了一种适合于Compass广域增强系统的电离层时延修正方法-PSPC 电离层时延信息是广域增强系统向用户播发的重要改正信息之一。高精度的电离层时延信息不仅可有效满足服务区内单频用户的电离层时延修正，还可辅助提高双频/多频用户精密定位的收敛速度。由于电离层活动具有显著的区域变化特点，不同广域增强系统的电离层时延修正方法都是针对其服务区域内的电离层活动特点设计的。比较而言，我国电离层活动较全球平均水平更为复杂，且不同纬度带内电离层变化差异较大，现有相关方法难以直接满足Compass广域增强系统电离层时延精确修正的需求。 针对此，本文设计了一种分辨率灵活可调的电离层时延信息发播格网划分方案，初步提出并建立了适合于Compass广域增强系统的电离层时延修正方法-PSPC(Pseudo SphericalHarmonic function Plus Collocation)。该方法一方面，通过旋转投影变换合理地解决了球谐函数应用于区域电离层TEC建模时存在的病态问题，有效利用了球谐函数优良的数学特性描述区域电离层变化的趋势项;另一方面，通过建立实时协方差函数描述区域电离层变化的随机项，实现了格网点电离层时延及其误差信息的精确估计，有效地顾及到了局部地区实测电离层时延的变化特点。总体而言，PSPC方法在有效保证局部地区格网点电离层时延信息估计精度的同时，进一步提高了区域格网电离层时延整体精度与可靠性。 利用中国区域20-30个基准站GPS/Compass数据(站间距600-1200km)，基于PSPC方法实施Compass广域增强系统电离层时延修正的精度在电离层活动高年约为0.4-0.7米，在电离层活动低年优于0.2米;可有效地辅助缩短双频标准精密定位收敛时间约20％-30％(8-15分钟)。PSPC方法的建立为Compass广域增强系统高精度电离层时延修正技术的研究提供了重要参考。 （四）发展了一种建立GNSS/Compass全球电离层TEC格网的方法-SHPTS 全球电离层TEC格网是IGS发布GNSS重要产品之一。Compass建设为全球电离层监测提供了更为丰富的观测数据，建立充分顾及Compass特点的全球电离层TEC格网计算方法具有重要的意义。 针对此，综合IGS各电离层分析中心建立全球电离层TEC格网方法的优势，基于本文及作者所在课题组前期相关研究成果，提出了一种充分顾及Compass特点并兼容其他GNSS的全球电离层TEC格网建立方法-SHPTS(S(Spherical Harmonic Plus generalizedTrigonometric Series function)。该方法系统整合了“IGGDCB”、“站际分区法”、“球谐函数电离层TEC模型”、“广义三角级数电离层TEC模型”、“电离层TEC负值处理策略”等研究成果，不仅保证了陆地及近海上空等有基准站覆盖区域内电离层TEC的精确建模，而且基于实测数据实现了远海上空等无基准站覆盖区域内电离层TEC的合理外推，从而，显著提升了全球电离层TEC格网的整体性能。与此同时，SHPTS方法在兼容其他GNSS系统的同时，还充分考虑Compass建设与应用特点。基于SHPTS方法及其他相关研究成果，自主研制了GNSS电离层电子密度处理与分析软件GIPAS(GNSS Ionosphere Processing andAnalysis Software)，完成了2001年1月1日-2011年12月31日全球电离层TEC格网的处理及分析。 基于SHPTS方法的电离层TEC格网精度可达2.0-6.0 TECu，与目前IGS电离层分析中心发布相应产品的整体精度基本相当，但是，在有基准站覆盖区域的格网点电离层TEC精度得到了显著改善(优于2TECu);同步解算得到的卫星与接收机频间偏差估值精度分别优于0.15ns与1.0ns，与CODE、JPL发布的产品精度基于相当，优于ESA与UPC发布的相应产品精度。SHPTS方法的建立为未来在全球电离层TEC监测中充分发挥Compass的作用提供了重要技术支撑。