一种基于LEO卫星信标的电离层层析成像新算法

LEO卫星信标是电离层监测的重要手段之一. 利用电离层层析成像算法, LEO卫星信标能够实现区域电离层电子密度的快速重构. 针对LEO卫星信标的特点, 本文提出了一种函数基模型与像素基模型组合的电离层层析成像新算法. 选择差分相对电离层总电子含量作为输入数据源, 先通过函数基模型法获取电离层电子密度初始分布, 再利用像素基模型法对初始分布进行二次迭代重构, 该方法可有效降低电离层层析成像对背景电离层模型的依赖, 同时能够实现电离层小尺度扰动结构的有效反演. 利用数值仿真方法及低纬度电离层层析成像网的实测数据的反演结果验证了本文提出的新算法的可行性和可靠性.     

精密单点定位中附加先验电离层改正的内插方法研究

在精密单点定位技术中,外部提供给接收机更多的先验信息能使其定位精度和实时性得到提高。依靠增强站网内插出流动站的电离层延迟进行非差非组合精密单点定位时,其提供的改正达到精度要求势必使待估参数减少,模型强度变强,定位精度高。本文对比了内插电离层改正的精度,探讨了内插模型,提出了平面双样条内插模型。实验结果表明:在内插模型合适的情况下,电离层延迟精度可达到精密单点定位的要求。      

磁偏角和热层风对中纬电离层TEC经度分布的影响

本文利用北美、南美和大洋洲三个地区的电离层TEC数据,分析了磁偏角为零的经度线两侧中纬电离层TEC的差异.结果表明,在2001年至2010年的几乎所有季节,在磁偏角为零的经度东西两侧,北美、南美和大洋洲中纬电离层TEC都存在规则性的差异;中纬电离层TEC的这种经度差异显著地依赖地方时,对季节和太阳活动水平也有不同程度的依赖.地磁场影响下电离层与热层动力学耦合的分析表明,磁偏角的经度变化和热层风的地方时变化两者的共同作用是引起磁偏角为零的经度两侧中纬电离层TEC差异的重要原因之一.     

Swarm卫星星载接收机GPS信号中断统计特征分析

本文聚焦于欧空局Swarm卫星星载接收机在中纬地区出现的GPS信号中断事件, 利用其近9年(2014年1月至2022年9月)的观测数据, 详细统计了GPS信号中断事件发生的时空分布特征及与背景等离子体密度起伏的关系.研究结果表明Swarm卫星在其接收机锁相环带宽从0.75 Hz调整至1.0 Hz前后, GPS信号中断事件表现出不同的时空分布特征.在前一个时期, 2014年1月1日至2016年8月11日, GPS信号中断事件主要分布在低纬磁赤道附近和高纬极区附近, 少量中断事件分布在中国东部地区; 而在后一个时期, 2016年8月12日至2022年9月30日, GPS信号中断事件则出现在了所有的纬度, 同时表现出显著的经度差异.前一个时期内GPS信号中断事件表现出了明显的季节依赖, 而后一个时期内出现的GPS信号中断事件则出现了无季节特性的弥散状分布.该结果表明当Swarm星载接收机锁相环带宽调整至1.0 Hz时, 虽然提升了其应对电离层闪烁条件下多普勒频移的动态调整范围, 但同时也增加了接收机载波相位观测的热噪声, 进而导致接收机产生了一些随机的短时信号中断.除了上述不同, 两个时期内的GPS信号中断事件也表现出了一些共同特征, 比如信号中断事件主要均集中在GPS卫星相对于Swarm处于较低仰角(＜20°)的情况下; 同时这些事件主要发生在发射较早的Block ⅡR和Block ⅡA类型GPS卫星上, 暗示了随着发射年限的增加与星载设备的老化, GPS卫星的稳定性会逐渐降低.通过进一步对比分析Swarm卫星出现与未出现GPS信号中断轨道对应的原位电子密度观测数据, 发现GPS信号中断的轨道其对应的电子密度波动更剧烈, 表明背景等离子体密度的梯度强度是引起Swarm星载接收机在中纬地区出现GPS信号中断的重要原因.本文的研究结果对于星载接收机的设计优化, 特别是提升其在电离层闪烁条件下的稳定性有重要的参考意义.

     

电离层中纬槽极小的位置变化及其控制因素研究

本文利用2000年至2009年CHAMP卫星朗缪尔探针实地测量的电子密度数据,分析了电离层中纬槽的位置变化及其控制因素.研究结果表明: (1) 地磁平静期电离层中纬槽的位置随磁地方时和经度变化; (2) 电离层中纬槽的位置对地理经度的依赖表现为西半球槽的位置高于东半球; (3) AE指数和SYM-H指数与槽的位置变化显著相关,表明极光电集流和环电流是中纬槽位置变化的重要控制因素; (4) 太阳风电场晨-昏分量的量值变化显著影响中纬槽位置,而其极性变化的影响相对较弱.研究结果对中纬槽建模有一定的参考价值.     

基于GNSS TEC的电离层自相关预报误差分析及参数优化

电离层延迟是全球卫星导航系统(GNSS)高精度导航定位应用中的重要误差源.通过对电离层总电子含量(TEC)进行测量和短期预报可有效提升GNSS单频用户的定位精度,对其他无线电系统的电离层效应也可起到有效减缓作用.近二十年来提出了很多行之有效的短期预报方法,但还没有哪一种方法有绝对优势,其预测精度都有待提高.利用Madrigal数据库任意选取的5个格网点的TEC观测数据,首先比较了自相关和自回归滑动平均(ARIMA)方法,然后研究了自相关预报方法中实际参与加权的观测值覆盖天数和观测值数量这两个参数的选取对预报误差的影响,并提出了参数设置优化方案.试验结果显示：1)自相关方法的预报误差略小于ARIMA方法,且自相关方法所花费时间比ARIMA方法少,总体上自相关方法是一种性能更优的方法;2)对于自相关方法,相比于传统的“4+12”参数设置方案,“3+9”方案总体上具有更优的预报性能,说明TEC时间序列的当前状态可能主要与前3天的状态有关.相关结果可作为电离层短期预报工程实现的一个有用的参考方案.     

顶部电离层和等离子体层电子密度分布——基于GRACE星载GPS信标测量的CT反演

本文利用两颗跟飞的GRACE卫星载GPS信标测量数据和基于差分相对TEC的层析算法,实现了全球范围的顶部电离层和等离子体层(450~5000 km) 层析成像.反演结果表明,利用低轨道卫星载GPS信标测量数据可以有效地重建顶部电离层和等离子体层的全球二维分布图像.对不同地磁活动条件下的天基层析反演结果表明,等离子体层电子密度随纬度的分布是不均匀的;在低纬赤道带,从顶部电离层向上延伸直到等离子体层,以及等离子体层中局地的电离增强云团,经常出现近似垂直于磁力线的电子密度柱状增强结构.     

利用数据同化技术实现区域电离层TEC重构

电离层参量的提取是开展电离层研究的基础,而数据同化技术则是获取电离层参量的一种重要手段。以NeQuick模型的输出作为背景场,Kalman滤波作为同化算法,利用数据同化技术实现区域电离层TEC重构,结果表明,数据同化方法重构的倾斜总电子含量（TEC）和垂直TEC与实测值较为一致。相比NeQuick模型及全球电离层地图（GIM）数据,数据同化方法重构得到的TEC的平均误差和标准差均有明显的降低,实测数据验证了数据同化技术在区域TEC重构中的精度和可靠性。     

远区雷电定位粗差判别方法研究

雷电电磁脉冲探测数据受无线电噪声、电波传播误差影响会存在测量误差,产生波形畸变,会影响雷电性质识别,以及位置、强度的定量估计等。文中通过对大量实测的雷电波形间的相关系数进行研究和分析,总结出利用波形相关系数进行雷电粗差剔除的规律。同时还分析了传播路径对波形相关的影响。最后提出了综合利用时间相关和波形相关的方法进行雷电粗差剔除的思路.