GPS掩星技术和电离层反演

系统地介绍了GPS无线电掩星技术的发展现状、系统组成和一些关键技术；论述了利用GPS掩星数据进行电离层反演的理论、模型及相应的计算流程．并结合GPS／MET和CHAMP卫星的实测资料，计算了电子密度剖面，与用其他方法所得结果的对比表明．GPS掩星电离层观测具有精度高、覆盖范围大等特点；最后讨论了GPS掩星技术应用于地震前兆监测的机理和前景。     

GPS/GLONASS组合精密单点定位技术在三维水汽层析中的应用

提出利用GPS/GLONASS 组合精密单点定位反演水汽的三维分布信息,并选用中国香港地区的12个CORS站6 d的观测数据以及相应的COSMIC掩星产品共同进行试算。结果表明,与GPS精密单点定位相比,组合GPS/CLONASS 〖JP3〗精密单点定位反演水汽三维分布时,穿越层析网格的数目提高18%,精度提高约10%。     

基于GNSS及探空仪数据的大气折射指数反演新方法

提出一种综合GNSS及探空仪数据的对流层折射指数剖面反演模型新方法,利用GNSS观测数据直接采用参数估计计算测站高精度ZTD（zenith troposphere delay）值,结合探空数据构建测站上空折射指数分层剖面反演模型。通过BJFS（北京站）、WUHN（武汉站）、WIND（Windhoek站）和DARW（Darwin站）的实测数据进行相应计算与验证。结果表明,该反演模型与基于探空数据的反演模型精度相当,二者均优于Hopfield模型。同时该方法计算简便,且在模型建立后可以大大减少探空仪观测。     

2008年汶川地震前电离层异常研究

利用FORMOSAT-3/COSMIC提供的2007—2010年掩星剖面数据,研究汶川Mw7.9地震前,孕震区及磁共轭区上空电离层的变化。研究表明,震前5天内（5月7—11日）,孕震区电离层F2层最大电子密度NmF2值在4：00—8：00UT（12：00—16：00LT）相对于震前6～17天（4月25—5月6日）明显减小,幅度达（2～4）×10 ⁵ el/cm ³。另外,取2007—2010年（不包括2008年）5月7—11日下午12：00—14：00LT孕震区上空的NmF2值作为多年背景值,发现2008年震前5天的NmF2值相对多年同时段背景值明显减小,幅度为（2～4）×10 ⁵ el/cm ³。并且在孕震区对应的磁共轭区也有与上述类似的现象出现。     

一种附加尺度因子的电离层层析新方法

用乘法代数重构方法反演电离层电子密度时，没有GPS测量射线穿过的电离层网格的反演精度依赖于迭代初值。就此，提出一种改进的代数重构算法--附加尺度因子的代数重构算法（Scaling-ART）。将实测STEC与迭代中当前电子密度计算的STEC的比值作为基本尺度，依据电子密度的空间相关性和网格中心到观测射线的距离，对没有信号穿过的网格也计算出对应尺度进行调整，使其向真值逐渐逼近，提高反演精度。实验证实，改进的新算法相比于原有的乘法代数重构算法能够取得更好的反演精度。     

GNSS掩星电离层的三频观测数据模拟与反演

由三维射线追踪微分方程推出掩星三维直角坐标射线追踪的矩阵方程,对实现射线追踪的具体步骤进行讨论。采用NeQuick 作背景模拟夜间和白天的掩星电离层三频载波相位延迟观测数据,采用双频绝对TEC反演法对白天模拟数据进行反演,并比较3种不同频率组合对反演结果的影响。结果表明,在附加相位延迟等精度观测条件下,L1 L5组合获得的反演结果与模式值最为吻合。     

基于GPS掩星的单频处理验证及精度分析

基于FY-3E卫星上的GPS掩星观测数据对单频掩星处理算法进行验证并分析其精度。首先由L₁频点的载波相位观测和伪距观测C₁计算出相对电离层TEC(relTEC);然后重构第二频点的载波相位观测L^*₂,并反演大气折射率产品;最后验证和分析单频相对电离层电子总含量relTEC、重构L^*₂附加相位和折射率产品的精度。结果表明：1)单频计算得到的relTEC和L^*₂附加多普勒与双频结果的相关性系数多数大于0.95;2)L^*₂附加多普勒的相对平均偏差多数小于0.2%,相对标准差多数小于0.4%;3)单、双频反演折射率相对ERA5数据的bias和RMS指标一致性良好,位势高度在25 km以上单频反演的折射率精度相比双频有微弱降低。     

一种新的利用单基站GNSS反演大气剖面的技术

在传统的模型参数法反演大气折射率的基础上提出一种新的模型参数法，并建立一种新的估算对流层高度的方法。将探空产品计算的大气折射率视为真值，选择2016-07中国及周边区域8个IGS测站进行试算，统计结果显示，与传统的模型参数法相比，新的模型参数法反演的大气折射率更接近真值。     

基于GPS电离层层析技术的地震电离层异常研究

采用电离层层析成像技术（CIT）研究日本、苏门答腊岛、中国台湾、新疆地区上空不同震级地震前后的电离层三维分布。利用异常探测方法对反演出的电子密度值进行探测并用统计学方法统计地震电离层异常规律,结论如下： 1）在地震前几天或者前几个小时出现电离层明显异常,尤其是在地震前1～2 d震中附近,排除太阳活动和地球磁场影响,初步认为该异常与地震有关|2)电离层电子密度出现异常区域一般涵盖震中区域,与震中位置有少量偏移,而且离震中区域越近,电离层异常变化越大|3)未发现正、负异常的比例与地震之间有明确的对应关系。     

电离层残差辅助北斗三频伪距载波相位组合周跳探测

提出一种基于单差模型的电离层残差辅助伪距相位组合周跳探测方法。基于北斗三频实测数据,以波长、电离层延迟系数与噪声为约束条件,优化选取3个线性无关的超宽巷（EWL）、宽巷（WL）组合(0,-1,1)、(1,4,-5)、(4,-2,-3), 并利用伪距相位组合法进行周跳的探测与修复。实验结果表明,这3个组合甚至可以实时探测出原始频点上1周的小周跳。针对三频伪距相位组合周跳探测法可能出现的误探情况,提出利用电离层残差法辅助三频伪距相位组合周跳探测的方法,即首先利用原始观测量求出历元间电离层残差,再将相邻历元间所求的历元间电离层残差二次作差。实验表明,该方法可以实时准确地探测与修复不同基线下单差的各类大小周跳。     

弯曲角反演GNSS掩星电离层密度轮廓的修正方法

用IGRF11地磁场模型代替真实地磁场,在计算GNSS射线路径TEC的过程中加入地磁场信息,从而对用TEC随碰撞高度的变化率算得的弯曲角进行修正。利用实测数据测试表明,该方法相对于不考虑地磁场的一般反演法的相对误差大约为1 ‰,即与理论影响值基本一致。这说明该方法能够有效消除地磁场对反演结果的影响,反演理论更为严密。     

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2019-05-26秘鲁北部地震前低纬电离层变化分析北大核心CSCD

针对2019-05-26秘鲁北部M W8.0地震,利用CODE-TEC数据和GPS-TEC实测数据,分析此次地震前上空电离层总电子含量和电离层赤道异常变化。利用地震前2019-05-10~26总电子含量格网数据分析震前电离层赤道异常变化和电离层TEC随地理纬度的异常变化;然后利用RIOP和GLPS站的GPS-TEC数据,统计分析地震前电离层TEC日变化异常。结果表明,地震发生前3 d,电离层赤道异常“双峰”消失,且电离层TEC含量显著减少,可达10 TECu左右。在地震发生前3 d 16:00~20:00 UT,电离层TEC随纬度变化呈现双峰曲线特征,震中附近存在低谷,且在该期间RIOP和GLPS站电离层TEC也出现显著减少现象。     

基于不等式约束算法改善高纬度地区GNSS电离层建模精度

由于当前国际GNSS服务组织（IGS）跟踪站在高纬度区域分布不均，用于电离层拟合建模的观测数据不均匀、不全面，导致在利用这些IGS跟踪站观测数据建立电离层拟合模型时该区域的电离层电子总含量拟合模型精度不够，电离层拟合模型格网输出值甚至出现了大量有悖于电离层实际物理意义的负值和零值现象。针对此问题，利用不等式约束算法，对拟合模型电离层格网输出的负值点、零值点加入不等式约束条件，采用附加不等式约束条件的最小二乘法对参数的解算进行优化，并用实测GNSS数据进行验证。实验结果表明，该算法对测站分布稀疏的高纬度地区出现大量零值和负值的情况有明显改善。此外，该算法对全球电离层模型的建模精度也有一定程度的提高。