国家气象局发布预警24~26日迎来地磁暴。地磁暴影响工作状态一度成为热梗。地磁暴是什么，它和日益活跃的太阳活动有什么关系，如何影响与我们生活息息相关的卫星导航系统呢？
地磁暴是地球磁层的剧烈扰动，当太阳剧烈活动的能量传递到地球的空间环境中时就会发生，在地球磁层中产生了电流、等离子体和磁场的重大变化。这一过程可简单描述为：太阳活动->太阳风与地球磁场相互作用->磁层变化（可引发极光等）。
地磁暴的强度可以表征太阳风暴中高速等离子体云的影响大小，本次气象局预报的地磁暴在中等级别，个别时段可达到大磁暴等级。
细心的朋友不难发现，地磁暴并不罕见，23年底也曾出现大规模的地磁暴现象，北京的门头沟地区甚至也观测到了极光。据悉本次又有幸运的朋友观测到了粉红色的极光。
2023年底的地磁暴，北京门头沟地区出现罕见极光
太阳活动是全球电离层变化最重要的驱动因素之一，在地磁暴期间，电离层会通过太阳活动（太阳风、日冕抛射）与地球磁层耦合产生巨大扰动，对天基系统及配套用户设备产生干扰，我们熟知的全球卫星导航系统（GNSS）也在影响的范围之内。
地磁暴破坏力是惊人的，例如，美国SpaceX在美国东部时间2022年2月3日发射了49颗星链卫星，仅一天后这批卫星就遭遇了地磁暴，多达40颗卫星无法恢复正常轨道高度。这些卫星原本运行在约500公里的轨道上，但在地磁暴期间，由于阻力的增加，导致卫星轨道高度下降，最终坠入大气层烧毁。“卫星拖拽”这一过程我们后面还有详细表述。
地磁暴对GPS卫星导航系统的影响很大
电离层误差增大：地磁暴期间，电离层的电子密度和分布会发生剧烈变化，这会影响GPS信号通过电离层的传播。这种不稳定会导致GPS信号时延和相位的变化，由于GPS导航接收机就是通过对GPS卫星信号时延和相位的测量实现高精度定位的，所以电离层扰动的增加会直接影响导航信号的准确性和可靠性。
信号衰减或中断：由于电离层的扰动，无线电波的传播可能会受到干扰，地磁暴影响期间，电离层可用频带范围明显变窄。GPS信号可能会受到干扰或衰减。地磁暴期间对卫星导航定位与通信安全显得尤为重要。
导航星座误差增大：电离层膨胀等地磁暴作用会增加卫星阻力，使导航星座轨道难以控制。对于严重依赖地面测控的卫星导航星座来讲，会影响到整个系统的服务精度，导致其定位误差加大。
安全风险增加：地磁暴可能会导致包含GPS在内的各个导航系统的干扰，在航空、航天、电力等各个领域的安全运行都产生不良影响。详见下图：
这里面要特别提一下地磁暴对卫星产生的拖拽效应：地磁暴发生时，太阳释放的高能粒子到达地球，与地球磁场相互作用，导致电离层加热和膨胀。这种膨胀增加了低地球轨道卫星所在区域的大气密度，使卫星在通过这些区域时，会遇到更大的大气阻力，这就像是在拖曳卫星，使其运动变慢，轨道发生变化，对航天器的安全造成严重威胁。
这一效应主要发生在低轨卫星（LEO）上，对于中、高轨道卫星的GPS、北斗来说，这一效应还是比较微弱的。但对于未来的低轨卫星导航系统或导航增强系统来说，地磁暴也是一个需要重点考虑的因素。
总之，地磁暴对卫星导航终端设备还是产生不良影响的，特别是电离层误差的加大，造成导航终端定位误差的增大甚至服务中断。
面对地磁暴事件，卫星导航终端如何进行测试？地磁暴与电离层息息相关。思博伦技术团队具有丰富的卫星导航测试经验，地磁暴带来的电离层变化，以及对导航接收机性能的影响属于卫星导航健壮性测试范畴。
我们可以测试不同电离层扰动级别下的卫星导航终端表现。除此之外，健壮性测试还包含：星历错误、闰秒、特殊位置、跨闰年等和卫星导航终端健壮性息息相关的测试用例。而且这些测试用例都可以在中国自主研发的自动化测试平台下进行。
电离层测试：思博伦卫星导航模拟器PosApp软件采用Cornell闪烁模型，模拟电离层扰动和剧烈程度。
大气拖拽测试：PosApp导航星座的Track error功能，可以仿真GPS卫星由于拖拽或其他原因造成的轨道偏离，而这一偏离并没有体现在导航电文的星历中，而是直接加载到GPS的射频信号上，用来测试星座误差带来的卫星导航误差。
卫星导航信号扰动效应测试：GSS7000的1000Hz更新率结合SimRemote控制，可以通过指令的方式以更高的更新率控制GPS信号的载波与码偏移，实现更复杂的仿真控制功能，从而模拟包含电离层剧烈变化在内的各种复杂场景。
随着我们对地磁暴和太阳活动日益深入的了解和测试手段的不断进步，相信我们未来能够更加从容地应对，把此类现象对人类活动的不良影响降到最低。
另据消息，从24年3月26号以后，本次地磁暴影响将逐渐降低，上班族表示各种亚健康状态有所缓解。
（部分图片来源于网络）
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