ELF propagation parameters for uniform models of the Earth–ionosphere waveguide

Uniform models for the Earth–ionosphere cavity are considered with particular attention to the physical properties of the ionosphere for the extremely low frequency (ELF) range. Two consistent features have long been recognized for the range: the presence of two distinct altitude layers of maximum energy dissipation within the lower ionosphere, and a “knee”-like change in the vertical conductivity profile representing a transition in dominance from ion-dominated to electron-dominated conductivity. A simplified two-exponential version of the Greifinger and Greifinger (1978) technique widely used in ELF work identifies two slopes in the conductivity profile and, providing accurate results in the ELF communication band (45–75 Hz), simulates too flat a frequency dependence of the quality factor within the Schumann resonance frequency range (5–40 Hz). The problem is traced to the upward migration, with frequency increasing, of the lower dissipation layer through the “knee” region resulting in a pronounced decrease of the effective scale height for conductivity. To overcome this shortcoming of the two-exponential approximation and still retain valuable model analyticity, a more general approach (but still based on the Greifinger and Greifinger formalism) is presented in the form of a “knee” model whose predictions for the modal frequencies, the wave phase velocities and the quality factors reasonably represent observations in the Schumann resonance frequency range.     

基于星载SAR信号的TEC反演新方法

由于星载合成孔径雷达(SAR)系统工作于电离层之上,其信号不可避免地将受到电离层的影响. 背景电离层以及电离层电子密度不规则体多重散射效应可引起距离向图像质量的下降, 在强起伏情况下, 多重散射效应对信号的延迟影响不可忽略. 针对此问题, 本文提出了一种基于SAR回波信号的三频相位自适应TEC反演新方法, 利用反演的结果对电离层的影响进行校正. 给出了校正前后的点目标成像仿真, 结果显示此方法充分考虑了多重散射效应引起的TEC估计误差, 可以有效地补偿电离层对距离向成像的影响, 提高了距离向点目标图像质量.     

附加GIM约束的全球电离层建模

针对目前地基GNSS台站在全球分布不均匀,导致南半球海洋和中高纬地区出现与实际不符的VTEC为负值的问题,利用IGS前1 d的最终GIM作为虚拟观测值对TEC可能为负值的地区进行约束,结合GNSS数据建立全球电离层模型(称为SGG模型),并用2014年200多个IGS台站数据对模型进行验证。结果表明,各台站VTEC的RMS优于3 TECu(赤道异常区域RMS在5~7 TECu)。同时SGG能有效消除南半球海洋(40°~90°S)VTEC为负的情况,且对原有非负VTEC几乎没有影响(其变化小于2 TECu)。SGG的卫星DCB与CODE 相比,RMS和MEAN分别优于0.2 ns和0.04 ns,不同纬度带SGG与CODE的接收机DCB估值变化基本一致,两者之差基本在1 ns以内。     

两种电离层延迟改正模型对星载单频GPS实时定轨精度的影响

采用单频星载GPS实测伪距和载波相位观测值,结合不同的电离层延迟改正模型进行模拟实时定轨实验,分析单频实时定轨的精度。不同轨道高度的低轨卫星实验结果表明,在卫星轨道较高(500 km以上)时,使用单频伪距观测值与改进的Klobuchar模型,实时定轨位置精度可达0.86 m(三维RMS),速度精度可达0.9 mm/s,接近甚至优于双频伪距实时定轨的轨道精度;使用单频码相无电离层组合观测值时,实时定轨位置精度可达0.54 m,速度精度可达0.55 mm/s。采用合适的电离层延迟改正模型,廉价的单频星载接收机可应用于微小卫星的实时定轨。     

一种新的北斗Klobuchar模型及其精度分析

针对传统Klobuchar模型电离层延迟修正精度不高的问题,提出一种新的Klobuchar模型,以提高北斗导航系统的精度。利用欧洲定轨中心CODE的全球格网数据作为参考,使用松弛搜索法分别对覆盖中国区域的格网点和9个测站的观测数据进行算例分析。比较两种方法得出,新模型的修正精度相对于广播模型有大幅提高;新模型预报7d内的电离层时延值修正效果也比广播模型有明显改善;格网点上的平均修正精度从67.89%提高到78.44%,观测数据的平均修正精度从69.81%提升至82.34%。     

不同GPS掩星电离层剖面产品相关性分析

将在一定时空限定范围内的不同低轨卫星COSMIC、GRACE、CHAMP、FY3C的电离层掩星电子密度剖面定义为一个掩星对来对比分析不同类型掩星电离层产品。结果表明：COSMIC掩星对之间的电子密度剖面整体轮廓符合得很好,电子密度剖面主要在250 km以下和500 km以上存在较大的偏差,250~500 km的电子密度整体偏差较小,统计得到的COSMIC掩星对的电子密度参量NmF2和hmF2的相关系数能分别达到0.99和0.97,具有高度相关性,不同COSMIC卫星之间没有明显的系统误差;COSMIC、GRACE、CHAMP和FY3C不同低轨卫星间的电子密度剖面略有差异,通过统计电子密度参量NmF2和hmF2之间的相关系数,COSMIC和CHAMP的相关系数分别为0.95和0.86,COSMIC和GRACE的相关系数分别为0.98和0.94,COSMIC和FY3C的相关系数分别为0.96和0.92,不同掩星类型之间的电子密度参量之间也具有高度相关性,验证了不同卫星任务GPS掩星电离层剖面的一致性。     

北斗三号全球导航卫星系统全球广播电离层延迟修正模型(BDGIM)应用性能评估

2020年6月23日,我国北斗三号全球导航卫星系统正式完成星座全球组网.北斗三号全球导航卫星系统采用新一代全球广播电离层延迟修正模型(BDGIM),为用户提供电离层延迟改正服务.本文利用高精度全球电离层格网(GIM)以及实测BDS/GPS数据提供的电离层TEC作为参考,从延迟改正精度及北斗单频伪距单点定位应用、模型系数...     

一次中强磁暴期间低纬电离层响应的CT成像

为考察赤道异常区电离层对中等强度磁暴的响应特性,用电离层ＣＴ成像方法重建电离层电子密度二维剖面．重建结果表明,暴时低纬电离层电子密度以降低为主,但暴相随纬度和高度而异;磁暴期间,赤道异常峰结构仍然存在,但恢复相期间峰的位置向赤道移动;磁暴急始之后约２０ｍｉｎ,在赤道异常峰区出现电子密度深度耗空,这种耗空遍及从底到顶的整个Ｆ区,朝赤道一侧显现水平梯度非常大的陡壁．这种与磁暴急始相联系的电子密度深度耗空现象很有意义,值得进一步研究．     

附有国际参考电离层约束的全球电离层模型

提出利用国际参考电离层附加虚拟观测值对总电子含量值为负数的地区、赤道异常区域和南半球区域电离层进行约束,在日固地磁参考系下采用15阶次的球谐展开建立全球电离层模型,解算得单位权中误差约为1. 6TECU,残差绝对值小于3TECU的比例达90%以上,且全球电离层图与IGS电离层工作组的电离层产品精度相当,偏差RMS约为3. 7 TECU,卫星差分码偏差与欧洲定轨中心相比优于0. 1 ns,与 IGS相比优于0. 2 ns,接收机差分码偏差与欧洲定轨中心相比优于1 ns(大部分优于0. 5 ns),与lGS相比优于1. 5 ns.实验结果表明,附有国际参考电离层约束的全球电离层模型确保了全球各个地区的电离层总电子含量为正值,且有效提高了全球电离层模型在赤道异常区域、海洋地区和南半球的精度。     

Total solar eclipse of July 22, 2009: Its impact on the total electron content and ionospheric electron density in the Indian zone

The longest total solar eclipse during the 21st century occurred in South and East Asia on July 22, 2009. Ionospheric response to this rare total solar eclipse which was observed right from the time of sunrise in the Indian zone, has been studied in terms of the total electron content (TEC) obtained from three global positioning system (GPS) receivers located at Udaipur, Hyderabad and Bengaluru, and electron density obtained using space based GPS-Radio Occultation technique. The study reveals significant reductions in the electron density and TEC that persisted up to 2 h past the last contact even during early morning eclipse. These observations imply that during the early morning eclipse, the production and loss of ionization dominate over the plasma transport processes.