电离层对耀斑响应的GPS观测研究

利用1997～1999年全球日地电离层观测卫星的耀斑观测资料以及全球定位系统(GPS)网的观测资料,对不同级别耀斑爆发期间的电离层总电子含量(TEC)随时间的变化特点、TEC增幅及其与X射线最大辐射通量之间的关系进行了研究.利用缓变型耀斑爆发期间的GPS观测数据,分析了电离层对此类耀斑的响应特点.     

基于GPS资料研究中国区域电离层TEC的周日变化、半年度及冬季异常现象

利用球谐函数模型和2000-2002年间中国地壳运动观测网络基准站双频GPS P码观测数据,计算了中国区域电离层电子总含量(total electron content,TEC)年变化时间序列值,并着重以2001年计算结果为例,研究了中国区域电离层的周日平均变化特性和"半年度异常"(即电离层TEC值在春秋出现峰值,冬夏出现谷值)、"冬季异常"(即冬季日间的TEC值高于夏季日间的TEC值)现象.     

GPS与格洛纳斯电离层电子总含量建模的差异性分析及改进

为了提高多模GNSS(global navigation satellite system)电离层电子总含量(TEC)的计算精度,基于全球及中国区域研究了GPS(global positioning system)TEC和GLONASS(global orbiting navigation satellite system)TEC的差异及变化规律.GPS TEC精度要优于GLONASS TEC,两者相关性随纬度降低而降低,并且GLONASS TEC较之GPS TEC存在一定程度的低估;TEC精度差异与星座配置、信号体制及轨道周期差异有关,并受到本地时影响,F2层临界频率(foF2)存在类似情况.基于GPS TEC和GLONASS TEC的差异性,对组合建模时伪距观测权函数进行改进,平均偏差约改进20%,内符精度约改进15%.     

基于GPS数据确定电离层延迟的蚀因子法

通过建立电离层交叉点(ionospheric pierce point,IPP)点的电离层蚀因子(ionospheric eclipse factor,IEF)λ及其影响因子(ionospheric influence factor,IFF)-λ,综合λ,-λ与IPP点的地方时t,研究了一种利用GPS数据确定电离层延迟的新方法--电离层蚀因子法(ionospheric eclipse factor method,IEFM).IEFM方法强调根据电离层的变化特性选择合理的TEC模型.初步结果表明,利用IEFM拟合的电离层延迟的改正精度更接近L3观测自校正电离层延迟的精度.     

利用GPS方法对1998-11-22太阳耀斑引起的电离层TEC变化的观测研究

利用GPS伪距+载波相位联合数据处理方法具体分析了1998-11-22耀斑爆发期间北京、上海、武汉、西安GPS观测数据得到的电离层TEC。此次耀斑爆发引起了设在北京的高频多普勒长达15min左右的无线电短波中断。通过对GPS得到的电离层TEC进行分析发现： 此次耀斑造成了大面积的电离层TEC的增加,耀斑爆发引起的最大TEC增幅在1.25个TEC单位左右;利用高精度的GPS数据处理方法可研究耀斑引起的电离层扰动。另外,还分析了由GPS计算的TEC的时空变化特点。     

电离层对耀斑响应的GPS观察研究

利用1997－1999年全球日地电离层观测卫星的耀斑观测资料以及全球定位系统（GPS）网的观测资料，对不同级别耀斑爆发期间的电离层总电子含量（TEC）随时间的变化特点,TEC增幅及其与X射线最大辐射通量之间的关系进行了研究，利用缓变型耀斑爆发期间的GPS观测数据，分析了电离层对此类耀斑的响应特点。     

美国加利福尼亚州M 6.0地震前电离层TEC异常分析

 针对2014 年8 月24 日世界时10:20 发生在美国加利福尼亚州地区(38.21°,-122.32°)的M 6.0 地震,利用美国地区全球定位系统(GPS)双频观测台网和欧洲定轨中心(CODE)绘制的全球电离层地图(GIM),分析震前上空电离层电子浓度总含量(TEC)的时间和空间变化。结果表明,震前2 d 震中附近区域TEC 相对于前25 d,TEC 下边界限出现明显负异常;通过对全球范围电离层TEC 变化的空间分析,震前2 d 震中附近区域异常减小的时间持续约40 h,且TEC 减小幅度和相对变化较为明显。此次地震前电离层TEC 异常减少,与以往亚洲地区地震的统计分析结果较为一致,但对北美地区地震空间前兆规律还有待于积累更多资料及分析。     

基于单站GPS数据的GPS系统硬件延迟估算方法及结果比较

从GPS数据中解算电离层总电子含量(TEC)的最大误差源是硬件延迟。作者介绍了两种解算电离层TEC和硬件延迟的方法。利用单站的GPS双频数据,计算了2004年电离层TEC和硬件延迟,对两种方法得到的硬件延迟进行了比较,并且和欧洲定轨中心的公布结果进行了对比,同时分析了不同纬度台站数据解算硬件延迟的误差特点。结果表明：这两种方法均可以解算TEC和硬件延迟,结果是可靠的。解算的硬件延迟的标准偏差与观测站的纬度有关,在中国区域,纬度越低,估算的硬件延迟偏差越大,对这一情况进行了分析。     

广义三角级数函数电离层延迟模型

研究一种参数可调的广义三角级数函数GTSF(generalized trignometric series function)电离层延迟模型.分析GTSF模型在电离层研究特别是为单频用户提供延迟改正应用方面的特点.初步结果显示,较参数固定的三角级数函数TSF(trignometric series function)模型和目前广泛应用的多项式模型POLY(polynomial model)模型,GTSF模型能够更好的描述电离层TEC变化特性,可望进一步提高基于GPS的局部电离层延迟信息的确定精度.     

利用GPS数据研究江西区域电离层对台风“潭美”的响应

以2013年8月22日途经江西的台风"潭美"为研究背景,利用江西连续运行参考站(CORS)获取的GPS数据反演高精度TEC,对台风"潭美"登陆前后多天电离层的TEC进行了分析,发现:8月22日电离层TEC变化存在异常,且在台风登陆前TEC变化在逐渐增大,台风过境后TEC变化值出现下降趋势;进一步对台风登陆前后一段时间的TEC时间序列进行谱分析后,认为8月22日电离层TEC的扰动很可能与台风有关;对台风当天即8月22日各站点进行时间序列和空间强度分析,结果表明距离台风路径越远,TEC的扰动强度越小。进一步确认8月22日的电离层异常与台风具有相关性。     

基于全球卫星导航系统观测网的全球总电子含量快速反演方法

将全球按照地理经纬度进行网格划分,每网格选取一个接收机,基于全球卫星导航系统(GNSS)观测网的全球定位系统(GPS)双频观测数据,在电离层薄层假设条件下,提出了一种基于球谐函数拟合的高时间分辨率总电子含量(TEC)快速反演方法.利用2006年四季中16个地磁平静日的GPS双频观测数据,针对15种不同的网格选站情况考察其TEC的反演效果与解算时间.结果表明,当网格选站间隔小于15°×30°(纬度×经度)时,数据拟合度约为2TECU,并都能较好地反演TEC.综合考虑穿刺点分布与解算时间,在10°×20°(纬度×经度)选站条件下,约在3min内即可反演出有效的TEC、卫星硬件偏差和接收机硬件偏差,从而提高了反演速度,10°×20°(纬度×经度)选站的快速反演TEC能够为全球电离层TEC现报提供一种有效方法.     

利用单站电离层测高仪与GPS数据的同化反演试验

利用测高仪和GPS观测数据进行了单站电离层电子密度廓线的同化反演实验,实验中设计了一套基于Kalman滤波的电离层数据同化系统,采用了水平和垂直方向可分离的高斯型误差协方差矩阵,利用IRI2000模式作为同化反演的背景场,分别使用了测高仪数据和GPS数据进行了单独同化反演和联合同化反演实验,结果显示：在各类同化参数不改变的情况下,单独利用GPS数据反演结果较好,不仅可以得到较为准确的TEC,电子密度廓线结果也有较好的提升;单独使用测高仪反演的结果较差,在峰高以下电子密度廓线和观测较一致,但峰高以上电子密度廓线和观测比较的结果较差,并且TEC结果和观测也有一定误差;而利用GPS和测高仪数据联合反演的结果最好,无论是反演的电子密度廓线还是TEC值都和观测最为接近.     

利用单站电离层测高仪与GPS数据的同化反演试验

利用测高仪和GPS观测数据进行了单站电离层电子密度廓线的同化反演实验,实验中设计了一套基于Kalman滤波的电离层数据同化系统,采用了水平和垂直方向可分离的高斯型误差协方差矩阵,利用IRI2000模式作为同化反演的背景场,分别使用了测高仪数据和GPS数据进行了单独同化反演和联合同化反演实验,结果显示:在各类同化参数不改变的情况下,单独利用GPS数据反演结果较好,不仅可以得到较为准确的TEC,电子密度廓线结果也有较好的提升;单独使用测高仪反演的结果较差,在峰高以下电子密度廓线和观测较一致,但峰高以上电子密度廓线和观测比较的结果较差,并且TEC结果和观测也有一定误差;而利用GPS和测高仪数据联合反演的结果最好,无论是反演的电子密度廓线还是TEC值都和观测最为接近.     

基于单站GPS数据的GPS系统硬件延迟估算方法及结果比较

从GPS数据中解算电离层TEC的最大误差源是硬件延迟。作者介绍了两种解算电离层TEC和硬件延迟的方法。利用单站的GPS双频数据,计算了2004年电离层TEC和硬件延迟,对两种方法得到的硬件延迟进行了比较,并且和欧洲定轨中心的公布结果进行了对比,同时分析了不同纬度台站数据解算硬件延迟的误差特点。结果表明:这两种方法均可以解算TEC和硬件延迟,结果是可靠的。解算的硬件延迟的标准偏差与观测站的纬度有关,在中国区域,纬度越低,估算的硬件延迟偏差越大,对这一情况进行了分析。     

电离层TEC预报中同化编辑器的设计

通过对GPS观测及导航数据的分析．给出了用于电离层TEC预报的同化数据格式，并在此基础上用VC 实现了TEC同化编辑器．     

电离层TEC的混沌特性分析及预报

利用海口、广州、满洲里、兰州、北京和乌鲁木齐2003年的电离层电子浓度总含量(TEC)数据讨论了电离层TEC的混沌特性及其预报.采用自相关法确定延迟时间τ,综合Cao算法和饱和关联维法(G-P算法)的结果确定嵌入维数m.结果表明:当τ=2,m=6时,可对电离层TEC进行相空间重构,且重构后轨迹的李雅普诺夫指数均为正,应证电离层TEC具有混沌特性.在此基础上采用相空间重构和支持向量机相结合的方法对以上6个站点2003年的电离层TEC数据进行预报,将得到的结果同常用的加权一阶局域法与自适应预报进行比较,发现其预报效果最佳,预报的平均相对精度相对于加权局域法均提高10%以上,最大提升了31.1%;预报的相对精度大于95%的占50%以上,而自适应预报只有25%左右.     

电离层TEC预报中同化编辑器的设计

通过对GPS观测及导航数据的分析,给出了用于电离层TEC预报的同化数据格式,并在此基础上用VC++实现了TEC同化编辑器.     

基于卡尔曼滤波的实时总电子含量周跳探测与修复

总电子含量(total electron content, TEC)作为描述电离层形态和内部结构的重要参量,对于电离层领域的理论研究和发展有着重要作用,而周跳的探测一直以来都是全球定位系统(global position system, GPS)载波相位测量数据预处理的重点和难点,尤其是在高精度GPS定位中,卡尔曼(Kalman)滤波在周跳探测与修复中的应用使得能够准确可靠地探测出观测值中可能出现的周跳,利用Kalman滤波算法探测不同的观测数据类型及其组合,并将修复后的观测值与理论值进行对比。结果表明:该算法对周跳探测和修复有很强的有效性和精度。     

太阳黑子数与电离层TEC的相关性分析

为了研究电离层TEC与太阳黑子数在短周期上的相关关系,采用1997～2004年的太阳黑子数资料与同期厦门站的电离层TEC数据,利用小波功率谱分析的方法提取3个尺度的短周期,并利用小波相干谱的方法重点研究了两者在278 d周期上的相关性。研究表明：太阳黑子数和电离层TEC主要存在准27 d、准半年周期以及年周期等短周期,而且电离层TEC和太阳黑子在准27 d周期上有良好的相关性。位相计算表明,电离层TEC的变化滞后于太阳黑子数2～3 d。厦门地区TEC与太阳活动的相关性在夏季比其他季节更强,这对提高该地区电离层TEC预报精度有很大意义。     

基于Cornell的自适应电离层闪烁强度的模型研究

针对Cornell模型在同一闪烁条件下,数据更新周期越长,估计和模型输入的幅度闪烁指数S4的偏差越大,并随着电离层闪烁的增强而增强的问题,提出基于Cornell模型的自适应S4的电离层闪烁模型即AS4-Cornell模型。模型以S4的偏差作为BP(back propagation)神经网络比例积分微分(proportional integral derivative, PID)算法的反馈,自动调整输入的复高斯白噪声的区段权值,使最终产生的闪烁信号满足模型输入的闪烁指数S4的指标。结果表明：仿真时,AS4-Cornell模型的幅度和相位闪烁序列概率分布均符合电离层闪烁理论,估算得到的电离层幅度指数S4与模型输入S4指数的最大偏差为0.001;全球定位系统(global positioning system, GPS)电离层闪烁模拟器测试时,AS4-Cornell模型估算得到的电离层幅度指数S4与模型输入S4指数的最大偏差为0.09;相比Cornell模型,AS4-Cornell模型产生的电离层闪烁信号更能够很好地反映模型输入的电离层闪烁指数S4的强度。