摘要：分析了磁暴现象发生时电离层总电子含量（TEC）的变化情况，结合RINEX数据及国际民航组织规定的GNSS导航性能需求，研究了磁暴现象对电离层延迟误差及基于性能的导航（PBN）的接收机自主完好性监视（RAIM）的可用性影响。实验结果表明：磁暴发生时电离层TEC值明显增加从而使电离层延迟误差增大；无论是水平保护极限还是垂直保护极限，磁暴时PBN的RAIM可用性比正常时间的RAIM可用性降低20%左右。民航PBN的安全运行，急需解决磁暴现象对其影响。
关键词：磁暴；电离层延迟；基于性能的导航；接收机自主完好性监视
1.引言
国际民航组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）在整合各国区域导航(Regional Area Navigation，RNAV)和所需导航(Required Navigation, RNP)运行实践和技术标准的基础上提出了一种新型运行概念——基于性能的导航(Performance Based Navigation, PBN) [1]，对传统终端区非精密进近和精密进近阶段加了垂直引导进近（Approach with Vertical guidance，APV）阶段，提高了用户垂直方向的感知从而提高运行安全性。对于判断飞机是否达到PBN进近各阶段性能需求[2]，需要计算水平和垂直保护极限从而得到接收机自主完好性监测（Receiver Autonomous Integrity Monitoring，RAIM）可用性[3]。而电离层延迟误差影响RAIM可用性，从而影响飞机终端区PBN进近各阶段的RAIM检测。但太阳活动强烈控制着电离层的行为，当太阳发出的高能量带电粒子流冲击地球时产生的地磁爆现象会增强电离层的游离化，从而给PBN运行带来重大影响。
目前，国内外针对磁暴现象对电离层总电子含量（Total Electron Content，TEC）扰动影响进行了研究。磁暴与电离层扰动之间具有一定的相关性，研究这种相关性不仅是军事空间天气的重要内容而且对民用航空PBN也有重要意义。LUIS等分析高纬度地区磁暴对电离层TEC扰动的影响，认为磁暴对电离层的影响与经度、纬度及磁暴发生的时间都有关系[4]。BALAN等对磁暴在不同发展阶段期间的电离层TEC扰动特性进行了分析，得出对于不同磁暴，TEC变化差异较大，TEC扰动与地磁扰动的时间对应关系也有较大差异[5]。Shiokawa K等研究了日本地区磁暴期间的电离层TEC扰动，发现了在同一个时间段有时会发生连续的电离层行扰动事件，电离层行扰动发生的次数与地磁指数Kp有一定的联系[6]。Afraimovich利用地基GPS监测在北美地区发生大磁暴时电离层的扰动形态。他们发现大尺度电离层行扰向赤道方向传播均速度为300m/s[7]。第二炮兵工程大学李义红等从统计的角度，分析1996-2004发生的多次磁暴期间的电离层TEC扰动，并详细分析磁暴类型与TEC扰动类型的相关性[8]。
本文根据电离层模型[9]，分析电离层TEC，结合RINEX数据以及ICAO规定的GNSS导航性能需求，分析磁暴现象对电离层延迟误差及对PBN的RAIM可用性影响。
作者：毕力格巴特