在国家重点研发计划项目的支持下，中国科学院空天信息创新研究院联合波兰UWM大学开展融合北斗和Galileo的全球电离层实时精细化探测方法研究，研发了多尺度空间电离层天气实时监测和服务平台ARTEMIS，在我国建成国际权威的IGS电离层分析中心，服务产品的精度长期稳居全球前列；研制了北斗/GNSS空间大气一体化探测设备（BDSmart），并在气象领域开展北斗技术规模化应用；首次实现了北斗/Galileo和低频无线电天文望远镜（LOFA）的电离层联合观测；以高精度电离层观测信息为基础，联合精密卫星轨道和钟差等产品，共同推动“北斗+Galileo”高精度定位在自动驾驶、空天遥感、智能手机等领域的应用。
实时高精度电离层天气监测，已成为制约我国导航定位、短波通信、航天测控等重大航天任务实施的共性关键技术，也是突破作为我国地球科学领域三大“硬骨头”难题之一的“空间天气预报”的核心抓手。近年来，以我国的北斗（BDS）、欧盟的伽利略（Galileo）、美国的全球定位系统（GPS）为代表的全球导航卫星系统迅速发展，并成为电离层监测的主要技术手段之一，特别是北斗和Galileo的新型多频信号体制以及混合星座构型为提升电离层探测的效能提供了更为有利的条件。
星地异构多源观测高精度
电离层信息精确提取技术
针对地基GNSS观测数据，采用非差非组合精密单点定位（PPP）技术，利用精密卫星轨道及卫星钟差等外部约束信息，对测站位置、接收机钟差及对流层延迟等频率无关项作估计处理，同时采用最小二乘法实现模型参数的估计，提高了参数估计的抗差能力及可靠性。
针对DORIS观测数据，利用星基RINEX格式（一种与接收机无关的数据交换格式）的DORIS观测文件，基于载波相位的组合提取差分斜向总电子含量（dSTEC）观测信息。得益于DORIS双频信号之间较大的频率差，DORIS-dSTEC的提取精度高达0.028 TECu（TECu为电离层总电子含量单位，1 TECu=1×1016电子数/平方米）。
针对测高卫星观测数据，利用严格的数据预处理策略及窗口平滑实现测高卫星电离层信息的提取，该信息可以填补地基GNSS电离层的观测空白，对于全球/海域电离层参数反演具有重要意义。
多尺度电离层趋近式快速建模技术
ARTEMIS电离层云服务平台
研制空间大气探测设备助力北斗规模化应用
空间天气监测应用：基于上述成果，课题组建立了融合北斗和Galileo的全球电离层实时精细化探测技术和方法，共同研发了多尺度空间电离层天气实时监测和服务平台；根据电离层通用格式，生成全球、中国区域电离层二维格网产品，开展空间天气监测应用。相关产品在中国和波兰双方的共同努力下，作为IGS电离层分析中心产品纳入IGS服务框架，对产品成果的推广应用起到了积极作用。还在我国筹建了中国科学院IGS电离层分析中心（代号CAS）、国际GNSS服务组织实时分析中心（代号CAS），并牵头成立了IAG4.3分委会Geodetic Remote Sensing、国际DORIS服务组织NRT DORIS DATA工作组等，提供的相关服务产品的精度长期位居全球前列。
民航安全服务应用：民用航空主要关注空间大气的变化及状态监测。一方面，开展电磁环境监测，以保障通信服务的稳定；另一方面，开展电离层延迟修正及完好性监测，保障民航服务中定位的安全可靠。其中，课题组针对中国境内电离层变化特性，设计了SHAKING电离层模型，以提高北斗星基增强系统（BDSBAS）民用服务平台电离层安全服务的精度、可靠性、可用性和连续性, 提高飞机导航应用时GNSS定位的安全可靠。此外，课题组向国际民航组织（ICAO）全球空间天气中心（中国）提供电离层格网产品，用于监控电离层活动状态。
高精度定位应用：课题组开展面向大众消费级终端的GNSS实时精密点定位方法研究，提出一种智能手机的精密单点定位方法——Smart-PPP，基于安卓平台研发了Smart-PPP应用软件，支持包括华为、小米、OPPO等主流智能手机的高精度定位。依托BDSMART北斗精准智能定位服务平台，联合泰方团队开展Smart-PPP在中国及泰国地区的定位性能测试。结果表明，Smart-PPP显著优于智能手机自身的定位效果，能够辅助实现车道级的导航定位。
未来，课题组将通过卫星、互联网等多种方式，向用户播发全球、区域、局域多尺度电离层实时修正信息，可满足用户不同的定位精度需求，实现北斗系统定位性能的进一步优化提升；通过构建完善的多维度电离层实时监测方法，以资助的电离层精准监测技术为核心，助力北斗高精度定位技术的规模应用。
致谢：感谢国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作”重点专项项目“基于北斗/Galileo/GPS的电离层关键参数实时精细探测、建模及产品国际推广”（项目编号：2017YFE0131400）的支持。
刘昂：中国科学院空天信息创新研究院助理研究员，曾获北京市自然科学二等奖、中国科学院院长奖学金等。
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