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电离层VTEC模型与GNSS的发展是一个互相促进的过程。随着GNSS系统的迅速发展,基于GNSS技术建立高精度电离层VTEC模型已成为目前研究电离层的主要技术手段。本文对VTEC模型建立及应用过程中的数据预处理、模型系数优选、建模结果质量分析、区域模型的生成以及震前电离层异常探测等内容进行了研究和探讨,主要包括:1.基于P4观测方程,通过分析IGS长时间序列VTEC产品统计结果、部分电离层建模结果以及一般假设,研究并制定了P4观测值的限差,并对六个不同纬度IGS站不同电离层活跃期的P4观测值进行了粗差检验,表明了所给限差的适用性与合理性,为基于P4观测值建立电离层VTEC模型提供了可靠的数据基础。2.针对传统TurboEdit算法在初始历元探测小周跳的不足,提出了基于BIC准则的双向TurboEdit算法,实验结果表明改进算法在固定小周跳和随机周跳组合的探测和修复成功率上均有明显提高;在对周跳固定成功率和周跳探测量标准差之间的关系进行分析的基础上,针对伪距观测量会引入较大误差的缺陷,提出了基于北斗三频观测数据的三步法周跳探测和修复策略,实验结果表明,三步法策略可以准确地探测和修复加入的所有模拟周跳,并可实现实时周跳探测和修复工作。周跳探测和修复方案的完善为基于L4观测值和进一步基于三频观测数据建立电离层VTEC模型奠定了基础。3.对滑动优选法进行了深入的再研究,包括不同优选准则在电离层VTEC模型建立中的应用、完整天建模结果的生成、在不同情况下连续多天建模结果的质量分析。研究表明:验后单位权中误差最小准则建模结果具有精度高、连续性好的优点;滑动验后单位权中误差最小建模方法具有在不同时期、不同纬度均能保持较高精度的优良特性,在太阳活动高年和低年分别能获得精度优于2TECU和1TECU的建模结果,若只考虑中纬度站,则可以获得精度优于0.8TECU的建模结果。在与IGS格网产品的比较中,在太阳活动低年,平均精度在低、中纬度分别提升了65%、35%,在高纬度保持了相当水平;在太阳活动高年平均精度在低、中、高纬度均有明显提高,分别提升了70%、79%、35%。4.给出了基于单站建模结果生成区域电离层模型的拼接方法,并分别基于P4观测值和L4观测值生成了中国区域的电离层VTEC模型。对两种建模结果进行分析表明,两者表现出了明显的一致性,L4建模精度较P4有明显提高,二者精度较差部分均出现在单站监测区域的边缘位置。将建模结果与IGS格网进行了对比,结果表明区域建模结果具有较高精度,能较好地刻画电离层局部变化细节,三者在VTEC数值和分布上均表现出了较强的一致性,验证了本文建模结果的可靠性。5.分别采用建模VTEC建模结果和IGS格网VTEC数据对震前VTEC异常探测方法进行了实验分析,指出了传统方法存在的不足;提出了灰色预测模型法用于震前VTEC异常探测,实验表明,灰色预测模型法可以获得更高精度的背景参考值和更加合理的误差范围限值。