本站讯  近日，山东大学“太阳爆发及其对行星空间环境的影响”攀登团队-“卫星导航与遥感”课题组，通过学科交叉融合，联合“极区电离层-磁层耦合”课题组以及西班牙加泰罗尼亚理工大学等单位，揭示太阳耀斑驱动电离层扰动对高精度卫星导航定位影响机制。研究成果相继发表在国际权威期刊Journal of Geophysical Research：Space Physics、GPS Solutions、以及Space Weather。“卫星导航与遥感”课题组聂文锋为第一作者，徐天河教授为论文通讯作者。

太阳耀斑是太阳大气（主要是从色球到日冕）局部区域由于磁重联的发生而突然释放出巨大能量的效应，主要表现为太阳亮度突然的、快速和强烈的变化。太阳耀斑对无线电通信和导航均有影响。对于无线电通信来说，由于电离层电离度的增强，无线电信号更易被吸收，从而降低了通信的可靠性。这种信号的吸收增强到一定程度时，甚至导致完全关闭高频HF(3-30MHz)短波传播的窗口，引起短波中断。对于无线电导航而言，已有研究表明当太阳耀斑达到一定程度时，能对向阳面的无线电接收机产生干扰，如GPS卫星信号产生失锁。

利用全球分布的700多个地基GNSS跟踪站（如图1所示），团队系统研究了太阳耀斑驱动电离层扰动对高精度卫星导航定位影响机制。2017年9月发生了多次不同强度和位置的X级太阳耀斑。其中，2017年9月6日的X9.3 耀斑是第24个太阳周期中强度最大的太阳耀斑（如图2所示）。为此，团队深入研究并比较了电离层对不同 X 级太阳耀斑的响应及其对动态精密单点定位PPP精度的影响，重点从太阳耀斑引起的电离层扰动对北斗/GNSS数据处理影响的角度，揭示卫星导航定位精度降低的机制。

图1 全球分布的700+GNSS跟踪站。红色实心圆表示全球分布测站，黄五角星表示论文详细分析选用测站，黑色实线表示磁赤道。

图2 2017年9月6日X9.3 耀斑观测(Courtesy of NASA/SDO and the AIA, EVE, and HMI science teams from https://sdo.gsfc.nasa.gov/)。

通过实验，团队发现X9.3级太阳耀斑发生时，向阳面的北斗/GNSS测站定位误差明显增大（图3所示）。在太阳活动平静时，动态PPP定位误差为0.1m左右；而在当天12:00左右时，动态PPP误差最大能达到1 m以上，平均均方根误差能超过0.5 m。

进一步，通过比较太阳耀斑引起的电离层突然骚扰（SID），团队发现电离层突然骚扰受太阳耀斑的强度、位置和持续时间等影响。而且，太阳耀斑引起的电离层突然骚扰可能会严重影响北斗/GNSS载波相位周跳探测算法。北斗/GNSS载波相位周跳探测阈值对电离层突然骚扰很敏感，使得周跳更容易被错误探测，从而使得北斗/GNSS载波相位观测值频繁初始化，影响导航定位精度。另一方面，对于地磁暴恢复相阶段出现的太阳耀斑，如2017年9月10日发生的X8.2 太阳耀斑，其影响会降低北斗/GNSS观测量的精度，从而也影响高精度定位结果。这些机制对于提高太阳耀斑期间北斗/GNSS定位的精度和稳定性具有重要的意义。

图3 2017 年 9 月 6 日 (a) X2.2 级太阳耀斑和 (b) X9.3 级太阳耀斑期间北斗/GNSS动态精密单点定位误差结果。灰色阴影表示夜间，黑色实线代表磁赤道。

上述研究受到国家自然科学基金项目、山东省自然科学基金项目、地理信息工程国家重点实验室开放基金、以及大地测量与地球动力学国家重点实验室开放基金等的资助。

论文第一作者聂文锋博士，2019年7月入职山东大学空间科学研究院，主要研究方向为多源传感器组合导航及空间天气，发表SCI/EI论文30余篇（第一作者SCI/EI论文9篇），主持国家级项目2项，省部级项目1项，其他纵横向项目6项，累计科研经费300余万元。作为核心骨干参与国家重点研发计划，国家科技支撑计划及北斗重大专项若干项，作为负责人完成山东大学北斗/GNSS分析中心平台建设；荣获2020年山东省优秀博士学位论文、山东大学优秀博士学位论文、中国卫星导航定位协会优秀博士论文奖，2018年度山东大学博士生校长奖学金、国家奖学金、以及2015年江苏省优秀硕士专业学位论文奖等。

徐天河教授领导山东大学空间科学研究院“卫星导航与遥感”课题组，始终围绕国家综合PNT与日地空间无缝导航、海洋环境监测与全球海平面变化以及商业小卫星多光谱载荷设计与创新应用三个凝练方向开展课题研究；建有威海市卫星导航与遥感重点实验室、山东大学北斗/GNSS分析中心和卫星遥感数据处理与应用中心。研究团队近年来承担国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重大项目课题、“问海计划”重点项目、山东省重点研发计划项目、以及北斗重大专项等共计30余项研究任务，累计科研经费5000余万元，发表SCI论文80余篇，EI论文30余篇，获测绘科技进步特等奖2项，卫星导航定位科技进步一等奖1项等。

相关文章及链接如下（#为通讯作者）：

1. Wenfeng Nie, Rovira-Garcia, A., Yong Wang, Dunyong Zheng, Lingfei Yan, Tianhe Xu#. On the Global Kinematic Positioning Variations during the September 2017 Solar Flare Events. Journal of Geophysical Research: Space Physics,2022. 127,e2021JA030245. https://doi.org/10.1029/2021JA030245

2. Wenfeng Nie, Yong Wang, Adria Rovira-Garcia, Dunyong Zheng, Tianhe Xu#. Effect of the polar cap ionospheric sporadic-E layer on GNSS-based positioning: a case study at Resolute Bay, Canada, September 5, 2012. GPS Solutions, 2022, 26, 60. https://doi.org/10.1007/s10291-022-01246-y

3. Wenfeng Nie, Rovira-Garcia, A., Mowen Li, Zhenlong Fang, Yong Wang, Dunyong Zheng, Tianhe Xu#. The mechanism for GNSS-based kinematic positioning degradation at high-latitudes under the March 2015 great storm. Space Weather, 2022, 20,https://doi.org/10.1029/2022SW003132