本书结合当前电离层与GNSS完备性研究和应用的需求，分析其国内外发展现状，深入研究电离层相关估计理论和实际应用，完善GNSS系统的完备性理论和方法。图书分为两部分，*一部分系统叙述电离层探测技术与理论模型的发展现状；第二部分叙述GNSS系统完备性概念与理论的研究现状；Galileo和WAAS/EGNOS系统的完备性参数的基本概念；Galileo系统中SISE和XPL的完备性监测机理、IR的概念和概率统计算法；研究SISE的变化规律和预报方法、WUL的估计方法。
本书是对相关师生和学者进行电离层理论与应用和GNSS完备性研究的理想参考书，对从事电离层空间机构的研究和COMPASS系统完备性的研究有很好的参考价值。
随着GPS定位技术在相关领域的广泛应用，电离层物理性质理论和应用的研究得以迅速发展。理论方面从全球性的预测发展到区域性监测，从单层模型的建立发展到空间三维模型的研究。目前，国内外学者们正积极致力于空间模型的建立。GPS掩星观测数据亦为电离层的空间研究提供了丰富的数据。
利用GPS连续运行基准站和掩星技术反演电离层的空间结构、探测和预测电离层活动及其变化规律，可以更好地消除其影响，或者合理地估计电离层异常变化，研究其异常原因；再者地震预报和预测部门利用地震—电离层耦合性质，根据电离层异常的规律性变化，反演地质结构的变化，进一步预测地震的震源、时间和震级等。
GNSS高精度导航和定位除了需要准确估计大气层对信号的影响外，还需要正确估计卫星正常的工作状态和用户位置等信息，即GNSS完备性。GNSS完备性包括地面监控站部分、卫星信号及轨道部分、空间大气部分和地面定位部分，不同的卫星导航系统，其完备性参数描述与方法有所不同，目前，尚未形成一套完整的、系统的完备性理论。
本书结合当前电离层与GNSS完备性研究和应用的需求，分析了其国内外发展现状，深入研究了电离层相关估计理论和实际应用，完善了GNSS完备性理论和方法。全书共分为10章：第1章为绪论，系统叙述了电离层探测技术与理论模型的发展现状，总结了GNSS完备性概念与理论的研究现状；第2章介绍了电离层的物理现象、空间分布规律、异常性变化，总结了地震与电离层之间的耦合性；第3章介绍了电离层对GPS无线电信号的折射指数和电离层的估计、探测和预报理论；第4章剖析了电离层折射指数的具体表达形式及其不同阶项对GPS观测数据的不同线性组合的影响；第5章研究了Chapman函数和球谐函数联合建立电离层层析模型的过程，并通过数据进行了验证；第6章根据电离层与地磁的关系研究利用克罗布歇（Klobuchar）模型反演了地磁北极的算法与可行性分析，并进行了数据验证；第7章分析了中性大气延迟的几种模型估计的精度、网络RTK定位中综合误差的影响，以及北斗卫星导航系统和GPS联合定位情况；第8章介绍了Galileo和WAAS/EGNOS系统完备性参数空间信号误差与用户保护水平的基本概念；第9章详细叙述了Galileo系统中空间信号误差和用户保护水平的完备性监测机理、完备性风险的概念和概率统计算法；第10章介绍了空间信号误差的变化规律和预报方法，叙述了最差用户位置的估计方法。
本书的研究和撰写，得到了国家测绘产品质量检验测试中心程鹏飞研究员、山东科技大学海洋测绘研究院的卢秀山教授和刘国林教授的指导和支持，在此深表感谢；感谢山东科技大学科研创新团队项目（空间大地测量）中各位研究人员的大力支持和资助；感谢本书中引文的作者。
由于作者水平有限，时间仓促，书中难免存在一些缺陷或不妥之处，敬请读者批评指正。
郭英(1973-)，女，博士，讲师，研究方向为多GNSS数据处理级完备性理论与应用。
高星伟(1973-)，男，博士，研究员，研究方向为多系统卫星定位网络R‘IK算法和相关软件。
第1章 绪 论 1
§1.1 引 言 1
§1.2 电离层研究现状与发展 2
§1.3 GNSS及其完备性理论 5
第2章 电离层物理特性及其影响 10
§2.1 电离层的基本概况 10
§2.2 电离层的时空变化特征 12
§2.3 电离层异常现象 13
§2.4 地震与电离层耦合的现象 16
第3章 电离层探测理论与分析 22
§3.1 电离层折射指数及其对GPS信号的影响 22
§3.2 基于GPS的电离层估计理论 25
§3.3 基于掩星电离层探测理论 29
§3.4 电离层短期预报理论 34
第4章 电离层折射高阶项模型的应用 37
§4.1 电离层单层模型中穿刺点位置分析 37
§4.2 基于GPS 连续运行基准站的电离层穿刺点的密度分析 39
§4.3 电离层延迟高精度估计的数学模型 46
§4.4 不同线性组合后的残差分析 57
第5章 利用GPS 连续运行基准站及掩星反演电离层 56
§5.1 连续运行基准站2000国家大地坐标系的估计 56
§5.2 基于空间格网化的球谐反演方法 63
§5.3 基于Chapman模型和球谐函数建立电离层反演模型 69
§5.4 利用GPS掩星TEC反演三维电离层 78
第6章 基于GPS电离层模型估计地磁北极 83
§6.1 地磁北极与地理位置之间关系 83
§6.2 利用Klobuchar模型估计地磁北极 84
第7章 GNSS的中性大气误差分析与高精度定位 88
§7.1 中性大气对GPS定位的影响与模型改正分析 88
§7.2 连续运行基准站定位技术的误差分析 96
§7.3 北斗卫星导航系统与GPS融合定位 101
第8章 全球导航卫星系统的完备性 110
§8.1 基于Galileo系统的完备性基本概念 111
§8.2 EGNOS/WAAS的完备性 118
§8.3 接收机自动完备性监测 120
第9章 Galileo系统完备性监测 123
§9.1 Galileo SISE的完备性理论 123
§9.2 Galileo 用户保护水平的完备性理论 129
§9.3 Galileo的完备性风险 131
第10章 Galileo系统卫星轨道完备性 134
§10.1卫星轨道误差和钟差分析 134
§10.2 基于时间序列预测卫星轨道误差 137
§10.3 基于卡尔曼滤波预测卫星轨道误差 142
§10.4 Galileo 空间信号算法中最大用户位置的有效估计 153
参考文献 162
缩略语 170
利用GPS连续运行基准站和掩星技术反演电离层的空间结构、探测和预测电离层活动及其变化规律，可以更好地消除其影响，或者合理地估计电离层异常变化，研究其异常原因；再者地震预报和预测部门利用地震—电离层耦合性质，根据电离层异常的规律性变化，反演地质结构的变化，进一步预测地震的震源、时间和震级等。
GNSS高精度导航和定位除了需要准确估计大气层对信号的影响外，还需要正确估计卫星正常的工作状态和用户位置等信息，即GNSS完备性。GNSS完备性包括地面监控站部分、卫星信号及轨道部分、空间大气部分和地面定位部分，不同的卫星导航系统，其完备性参数描述与方法有所不同，目前，尚未形成一套完整的、系统的完备性理论。
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