第一章 緒論
第二節 研究動機及目的
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科學意義。（劉瑞源等，1994；王綬琯，劉振興， 2003；熊年祿等，1999）。為了能有效降低電離層影響量，現今較常使用的方法為建立電離層模型來進 行改正，而其中較著名的模型為 Klobuchar 模型，其模型參數由廣播星曆傳播給 全球導航衛星系統 GNSS 使用者，然而此近似模型僅能改善約 50%的電離層誤 差影響量 (Klobuchar, 1987)，因此若能推求一個精密的改正模型將能有效提升導 航定位之精度。一般來說模型可以分成物理模型與經驗模型，在估計電離層模式 上多為利用電離層探測儀或是雙頻 GPS 接收儀所獲得的觀測量來推估經驗模型，
相較電離層探測儀設備昂貴以及空間取樣不足等缺點，多數國家皆已建立自己的 GNSS 觀測網，加上 IGS (The International GNSS Service) 提供全球 GNSS 追蹤
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與頻率無關的項次 (Schaer,1999)，其由接收儀差分儀器延遲偏差 (Receiver Differential Code Bias, RDCB)、衛星差分儀器延遲偏差 (Satellite Differential Code Bias, SDCB) 與 L1 及 L2 電離層延遲差異量等三個參數所組成，因此利用 GNSS 觀測量推算電離層模型的問題即為探討該用何種方式來估計上述三個參 數。而 L1 及 L2 的電離層延遲量與訊號傳播路徑上的總電子含量相關，可以透 過轉換公式來計算垂直總電子含量 (Vertical Total Electron Content, VTEC)。目前 在建立電離層垂直總電子含量模型時僅考量電離層電子含量在空間的分布僅依 經緯度在水平方向的變化，而不考慮「高度」這一變量，在此假設所有帶電粒子 都集中在一個單層薄球殼模型 (Single Layer Model) 上，衛星發射訊號穿越薄球 殼到地面接收儀路線與薄球殼的交點稱為穿刺點 (Ionospheric Pierce Point, IPP)，此模型所得的成果為電離層垂直路徑上的總電子含量。目前已有許多學者提出各 種不同的方法來進行電離層 VTEC 模型之推求與研究，一般而言這些方法可以 分為基於函數 (function-based) 的方法與基於像素 (pixel-based) 的方法（陳耀鐘，
2014），function-based 的方法於電離層 VTEC 建模時乃假設在建模區域 IPP 的 VTEC 其分布近似於一個數學函數，如球諧函數 (Spherical Harmonics)、泰勒級 數 (Taylor Series) 、多項式 (Polynomial Functions) 及三角級數 (Trigonometric
‧ 國
立 政 治 大 學
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N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
本研究目的主要為測試 function-based模式中的泰勒展開式與球諧函式兩種 模式的建模方法，比較能否利用量子行為粒子群演算法(Quantum Particle Swarm Optimization, QPSO )再進一步提升解算精度與求解效率，期望能提升整體建置模 型在未知區域（或已知站點區間較大時）的預測能力，並將實驗成果與 IGS (The International GNSS Service)所提供之資料進行比對，驗證此計算模型的可行性。
與其他解算電離層模型方法不同的是，本研究透過量子行為粒子群演算法在 求解高項次的方程式有良好運作效率的基礎下，來進行 function-based模式建模，
與一般直接利用公式計算之成果（例如配合最小二乘法求解）比較其不同，由於 QPSO能藉由設定參數來達到最佳的收斂位置，相較一般演算法更適合應用在此 類型建模上，本研究也嘗試利用此實驗來測試 QPSO在已知站點數偏少的情況能 否有效改善一般最小二乘法求解時精度較低的情形，若是實驗證實精度提升後也 可進一步利用在台灣周邊區域以改善台灣國際站站數較少的情形。