京津冀地区电离层时空特性分析

为了研究分析京津冀地区的电离层时空变化特性,为本地区提供高精度导航定位和授时(PNT)服务,该文以国际GNSS服务(IGS)中心提供的2000—2018年的全球电离层总电子含量(TEC)格网模型产品数据为基础,研究该区域电离层时空分布特性及太阳活动与电离层的相关性。结果表明:电离层TEC与F10.7指数相关系数为0.83,与太阳黑子数相关系数为0.78,与太阳活动呈现出高度相关性;京津冀地区TEC每日最大值出现在UTC4时左右,电离层TEC具有较明显的27 d周期特性,在太阳活动高年及TEC极大递减年会出现冬季异常现象;白天,同一经度TEC值随纬度的升高而降低;同一纬度TEC值随经度的升高没有明显变化。     

卫星导航服务的全球电离层时变特性分析

针对电离层对无线电波应用技术的影响,该文利用IGS提供的1998年—2012年的全球电离层TEC数据,结合相应的太阳活动数据,采用时间序列分析、相关性分析以及等值线图等数理统计的方法,分析了全球电离层的时变特性;分析了电离层TEC、F10.7和太阳黑子数的相关性,发现3者之间的相关系数高度线性相关。通过电离层日变化规律的研究发现:电离层TEC日极大值出现的时刻集中在当地时间12时至16时,其中14时占38.47%,12时占26.58%,16时占19.05%;夜间TEC值与太阳活动强度密切相关,在太阳活动低峰年,夜间全球电离层TEC平均值在5TECU左右,在太阳活动高峰年,夜间全球电离层TEC平均值在17TECU左右,最大值可达24TECU。最后,从日地距离和太阳活动强度两个方面,讨论了全球电离层TEC季节变化规律以及成因。     

Linux Shell在电离层TEC格网数据提取和分析中的应用

电离层延迟误差是卫星导航和定位中不可忽略的重要误差,全球电离层总电子含量(TEC)格网数据因其将全球按规则的经纬度格网化,并给出了相应格网点的电离层TEC值,从而为用户使用提供了极大的便利．本文基于Linux Shell脚本编写简单、快速和容易维护等优点,利用Shell脚本对电离层TEC格网数据进行提取和分析处理,主要包括全球和自定义区域电离层TEC数据提取、均值计算、格网经纬度互差计算、最值提取等应用,可为基于全球电离层格网(GIM)数据对全球或区域电离层TEC周年变化、季节变化、周日变化规律以及时空变化特性等相关规律的分析研究提供一定的参考.      

基于ARIMA与Holt-Winters组合模型的电离层TEC预报

分别采用时间序列中的求和自回归移动平均模型ARIMA(Autoregressive integrated moving average)模型和指数平滑模型Holt-Winters的加法模型,对IGS站发布的广西地区16个格网点进行短期的电子含量TEC预报。并利用组合权重的方法对两种模型组合进行TEC短期预报。分析比较不同季节各个模型的预测效果,以及电子含量的变化与太阳黑子数变化之间的联系。结果表明,组合模型的预测精度在各个季节都优于两种单一模型,不同季节,太阳黑子数的含量和电离层电子含量预测的精度也有较大差异。     

基于地基GPS研究台风引起电离层TEC的变化特征

利用GPS研究电离层,具有其他探测技术所没有的全天候、高分辨率、大范围等优点.本文采用双频GPS数据提取区域电离层电子浓度总含量（TEC）,并结合全球电离层地理（GIM）数据,借助滑动四分位距法建立TEC背景值.研究了台风“莫兰蒂”对其经过区域及登陆地点电离层TEC的影响.分析表明,台风登陆厦门前一天,厦门地区电离层TEC发生了较强的正扰动,登陆后第二天,TEC发生了小尺度的负扰动;台风临近台湾岛前,东南沿海和台湾岛区域电离层出现了大范围的正异常扰动,其值为15～20 TECU,持续时间10 h.结合厦门和台湾岛的地形,推测此次TEC异常原因是由于台风所激发的声重力波传播到电离层高度,造成了电离层的异常扰动.      

混沌特征参数对神经网络预测电离层TEC的影响分析

利用国际GNSS服务组织(IGS)提供的东经115°经线上不同纬度处一年的电离层总电子含量(TEC)时间序列数据,研究了如何进一步提高基于神经网络方法预测电离层TEC的效果。研究表明:电离层TEC的预测误差与电离层TEC时间序列的最大Lyapunov指数与该序列均值的乘积具有较强的相关性;而且与时间延迟和嵌入维数的选择是否恰当也有着密切关系。     

东日本大地震电离层异常分析

目前空基和路基等电磁信号探测手段已经应用于地震电离层异常的探测。自从GPS数据可以用于计算电离层电子总量(TEC), 这项技术被广泛关注的同时作为一个可行的手段用于探测地震前后电离层异常。本文利用东日本大地震震中附近多个IGS网络站点的数据, 分析2011年3月11日发生的Mw9.0东日本大地震震区上空电离层信息, 计算出TEC时间序列并进行波谱分析、包络线法异常分析、全球电离层异常地图绘制及震后3 h扰动异常分析。通过分析发现, 震前存在明显的电离层异常, 在3月8日即震前第3天存在异常;同时也计算了震后3 h的各站与卫星路径上等价TEC的P₄值;且多个站与多星路径上存在着明显的电离层扰动异常, 并且不断远离震中, 能量逐渐衰减, 证明电离层异常的发生与地震有较明显的关系。     

2018年8月磁暴期间北斗GEO卫星电离层TEC时空变化分析

基于北斗GEO卫星独有的静地特性,本文利用其观测数据提取电离层TEC进行磁暴期间电离层TEC时空变化研究。同时利用全球电离层格网图GIM值进行试验对比,结果表明：北斗GEO卫星提取的TEC与GIM模型值变化趋势一致,并且前者可更有效地监测电离层的细微扰动变化。在此次磁暴发生期间,亚太地区电离层TEC变化及扰动响应特征在纬度方向差异明显。其中南北半球较高纬度区域,电离层TEC在磁暴主相阶段主要表现为正响应扰动,而赤道及北半球较低纬度区域,电离层TEC在磁暴主相及恢复相阶段均产生了强度更大、持续时间更长的正响应扰动。结合现有研究,认为造成此次电离层异常扰动的激励因素主要为东向快速穿透电场的增强及热层中性成分的变化。试验结果也证明了GEO卫星可以精准有效地监测在磁暴发生时电离层TEC的变化规律及不同空间位置处TEC产生的扰动响应特征。     

基于IGS的南北半球TEC非对称性研究

利用2000~2012年的IGS电离层TEC数据,研究了南北半球电离层TEC的非对称性。首先对南北半球TEC日平均值的不对称指数(AI)进行了研究,结果表明,AI的极大值的绝对值集中在0.4左右,极小值的绝对值集中在0.3左右,表明南北半球电离层TEC存在数值上的非对称性;通过傅里叶变换,发现AI存在1 a和1/3 a周期;每年北半球电离层TEC高于南半球电离层TEC的时间比例均大于50%,平均值为58%,表明了南北半球电离层TEC存在时间上的非对称性。然后进一步分析了南北半球TEC年平均值的差异,发现了北半球TEC年平均值高于南半球的规律,2000~2012年的南北半球TEC年平均值的不对称指数在0.036左右。最后从全球大气分布及运动规律的南北非对称性和热层年度变化赤道非对称性两个角度,对南北半球电离层TEC的非对称性产生的原因做了初步分析。     

磁暴期全球电离层电子含量变化分析研究

电离层电子含量(TEC)受太阳活动影响较大,磁暴发生时,TEC变化在全球范围内变化不一,研究该时期的TEC扰动变化情况对电离层的研究至关重要．本文以2015年3月特大磁暴为研究对象,利用包括北斗系统在内的全球卫星导航系统（GNSS）TEC数据和中国区域的电离层测高仪f _oF2数据,对此次电离层磁暴的扰动特性进行研究并讨论其可能的物理机制．