电离层是位于地球表面60-1000公里之间的高层大气，由于其带有大量自由电子，能够对在其中穿越或反射的无线电信号产生显著影响，是空间天气应用关注的重点。以我国北斗、美国GPS、欧盟Galileo等为代表的全球卫星导航系统（GNSS，Global Navigation Satellite Systems），除了可以为用户提供高精度导航、定位和授时服务之外，作为一种空间无线电信号遥感系统，还可以对空间大气进行精细探测。
地球大气分层结构示意图
全球导航卫星系统与电离层之间的关系
北斗/GNSS导航信号从距离地球2万多公里的卫星上发出，穿过地球大气层（主要包括电离层和对流层），被安装在地球表面、临近空间或低轨卫星上的接收机接收，通过精确测量导航信号经过大气层的延迟、功率衰减和幅度变化等即可反演得到信号传播路径上的大气温度、压强、湿度、电子密度等参数，每个接收机和每个可视卫星即可形成一组有效观测。
基于北斗/GNSS的空间大气观测示意图
GNSS被认为是目前唯一同时具备精度高、连续性好、全球覆盖、成本低等特点的探测手段，可以与传统观测手段实现优势互补。特别是，随着空间卫星星座以及地面监测站数量的日益增多，观测精度、时间和空间分辨率将会得到进一步提高。基于GNSS的高精度电离层监测和反演，不仅有利于推动电离层物理研究和日地空间天气应用，而且对于提升北斗/GNSS导航定位和授时服务性能具有重要作用。
空间电离层与我们日常生活的关系示意图
李子申博士负责的中国科学院空天信息研究院导航系统部GNSS电离层研究团队（GIPP/AIR），长期致力于充分挖掘和发挥北斗/GNSS等多模多频信号特点和优势，实现全球/区域/局部电离层天气关键参数的精确监测和反演，研发了基于北斗/GNSS的空间电离层监测设备与服务系统，联合中科院测地所承担建设了国际IGS（International GNSS Service）电离层分析中心，代号为CAS。其中，GIPP/AIR团队成员主要包括：王宁波、汪亮、周凯、李文、刘昂等。
GNSS电离层研究团队主要研究思路示意图
联合承担建设了国际IGS电离层分析中心（代号为CAS）
研发了北斗/GNSS空间大气监测接收机-BDSmart (BDS/GNSS ionospheric Monitoring And Retrieval Terminal)，基于高精度卫星轨道、钟差和差分码偏差实时产品，在单个基准站即可实现电离层闪烁、TEC、扰动和大气可降水量的实时监测，大幅降低了中心数据处理负担，提高了监测效率，为我国实现大规模建设北斗/GNSS大气和电离层观测网络奠定了基础。
研发的北斗/GNSS空间大气监测接收机（BDSmart）
构建了基于云平台的北斗/GNSS电离层数据处理和服务系统，利用全球/区域分布的GNSS基准站观测资料，支持全球/区域/局部的电离层TEC实时和事后精确监测和建模、全球/区域/局部的电离层扰动监测和计算、多模多频卫星导航系统差分码偏差的精确估计、北斗/GPS/Galileo全球广播电离层延迟修正模型精化、全球/区域/局部电离层实时产品的播发服务等功能。
基于云平台的北斗/GNSS电离层数据处理和服务系统运行状态
实现了北斗/GNSS全球电离层TEC格网最终、快速、预报和实时产品的业务化处理，例行提交至国际IGS产品中心。
近2个太阳活动周期内全球IGS电离层分析中心产品性能对比
CAS电离层分析中心提供的全球电离层实时产品服务
率先实现了北斗、GPS、Galileo、GLONASS、QZSS多模多频GNSS码偏差（DSB及OSB参数）的统一定义和精确估计，相关产品例行提交至IGS，并对外公开发布。
我国北斗全球系统(BDS-2/3)差分码偏差精确估计结果
多频多模GNSS OSB参数例行精确估计结果（以GPS为例）
开展了全球导航卫星系统广播电离层时延修正模型的实时精化服务，对公众发布了Klobuchar（GPS）、BDGIM（BDS-3）以及NeQuickG（Galileo）修正参数。
CAS精化后的Klobuchar（GPS）和NeQuick（Galileo）参数与原模型效果对比
CAS精化后的北斗广播电离层延迟模型-BDGIM
积极推动基于北斗/GNSS的全球/区域/局部电离层扰动监测研究，为电离层异常的实时精确监测和预警服务提供支撑。
CAS电离层分析中心提供的全球电离层ROTI产品
成功应用于大众智能终端，综合北斗/GNSS实时卫星轨道、钟差、差分码偏差以及电离层实时产品，可辅助手机实现亚米级导航定位服务。
大众智能手机利用全球实时电离层、轨道和钟差产品前后的定位效果对比
搭建了GNSS电离层数据产品服务器，供感兴趣的用户下载相关产品，开展服务和研究。
ftp地址：ftp.gipp.org.cn
CAS电离层数据产品服务器目录结构