长三角地区电离层变化的GPS监测

利用GPS双频观测量可获取电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC),以监测区域上空电离层的分布和变化特征,从而可以发现不同尺度的电离层异常。该文采用2004年上海地区GPS综合应用网(SCGAN)以及中国地壳运动监测网络(CMONC)的部分台站的观测,计算得到1年时间序列的TEC数据,来研究长三角地区上空的电离层TEC的变化与活动。应用这些数据,综合利用高斯权函数和滑动平均等几种数据处理方法,重点分析和讨论了长三角地区上空电离层的周日变化、周年变化和季节性变化特性,揭示了电离层冬季异常等现象。同时,通过对1年时间序列TEC进行谱分析,得到了其相应的变化周期。     

电离层延迟改正对GPS定时的影响分析

为分析电离层延迟改正对GPS定时的影响,采用修正电离层延迟的Klobuchar模型法和双频法,并利用IGS(International GNSS Service)观测站多天的GPS实测数据,计算得到了定位结果、GPS接收机钟差及其与IGS产品的测站钟差之差值.计算结果的分析表明,上述两种电离层延迟修正法有利于改善GPS定时结果,其中双频改正法效果更好.     

融合IGS和CMONOC的GPS数据反演实测电离层研究

利用国际卫星导航系统服务以及中国大陆构造环境监测网络的实测数据,构建电离层球谐模型SHAG(Shanghai Astronomical Observatory global model),并与欧洲定轨中心(Center for Orbit Determination in Europe,CODE)提供的电离层数据比较,得到如下结果:1)在全球范围内,二者解算的卫星硬件延迟误差的均方根值(root mean square,RMS)为0.11 ns,观测站硬件延迟误差的RMS为0.59 ns;2)对于中国大陆及邻区,二者电离层总电子含量(total electronic content,TEC)的RMS为2.1 TECu(1 TECu=0.35 ns),但SHAG模型解算观测站TEC更接近GNSS双频解算的结果;3)通过与数字测高仪的观测资料比较,发现SHAG模型解算的电离层结果可较好地描述不同观测站区域的电离层变化趋势。综合结果表明,中国大陆构造环境监测网络数据的大量引入改善了SHAG模型的中国区域电离层特性,能较好地描述中国区域电离层空间分布及变化特征。     

基于多源GNSS观测数据的三维电离层研究现状及发展

近年来,随着GNSS (global navigation satellite system)技术的发展,利用地基和空基GNSS电离层探测的空间特征,形成了更加完善的三维电离层观测系统,获得了丰富的多源GNSS电离层观测数据,促进了电离层在理论模型、经验模型及同化模型方面的进展,同时,通过结合中性大气及等离子层等方面的研究,为极端气象、太阳活动及磁暴等事件的监测与物理机制研究提供了数据基础与研究手段。介绍了多模地基及星载GNSS电离层观测数据发展现状,并讨论了空基GNSS电离层观测数据在电离层顶部区域经验模型改进方面的进展。指出电离层经验模型可作为同化模型的初始场,而电离层理论模型可将其作为卡尔曼滤波的动力学部分,以通过同化算法利用多源数据重建或预测电离层,并阐述了多源及多模GNSS电离层观测数据的增加背景下电离层同化模型构建过程中新的要求与发展。最后,提出自适应格网与机器学习可成为电离层同化算法方面的新研究方向,以促进三维电离层研究。     

GPS共视中电离层时延计算方法比较研究

为了更好地计算GPS CV（共视）时间传递中的电离层时延值（它是影响CPS CV比对结果精度的主要因素之一）,介绍了当前3种电离层时延的计算方法,并以NICT（National Institute of Information and Communications Technology）单站GPS比对数据及NICT与NTSC（National Time Service Center）的GPS共视比对数据为例,分析比较了不同的电离层时延计算方法对GPS时间比对结果精度的影响。计算结果表明：利用双频实测电离层时延和利用ICS（International GPS Service）提供的TEC（total electton content）map计算的电离层时延对GPS CV比对结果修正后的精度,比利用电离层改正模型的时延对比对结果修正后的精度分别提高30％～40％和20％～30％。     

电离层TEC对小耀斑的响应

利用国际GPS观测网(IGS)提供的多个台站的观测数据,分析了M级别以下的小、暗太阳耀斑对向阳面电离层TEC的影响．利用传统分析方法的结果表明,从单条视线(LOS)观测数据得到的电离层TEC及其时间变化率曲线来看,由于它们的波动水平和正常情况下的背景电离层变化相当,使此类小耀斑的信息完全淹没在背景噪声中,不能够显示和分辨出耀斑的发生．利用相干求和的数据处理方法,选用向阳面18个GPS台站的观测数据研究了一次C级SF耀斑引起的电离层TEC增加,结果发现,这种方法能有效地消除背景电离层变化噪声,电离层对耀斑的响应非常清楚和明显,这通常只能在X级别的大耀斑中看到．和GOES卫星X射线数据相比,电离层TEC变化的时间特征和耀斑爆发的开始、最大和结束时间均有很好的符合,其最大平均TEC增量在0．1TECU以下,和X级别的大耀斑相比有一个或多个量级上的差别．     

电离层TEC对GRB041227的响应

2004年12月27日世界时21时30分,一个非常强的γ射线暴扫过地球,它使得暴露在这次事件中的地球高层大气产生额外电离.在爆发期间,地球上多个甚低频(VLF)电波台站都同时观测到了电离层突然骚扰(SID)事件.对GOES卫星的X射线数据、ACE卫星的太阳风和行星际数据以及理论分析表明,地球上观测到的SID事件是由GRB041227引起的.另外,利用国际GPS服务网(IGS)提供的观测数据,采用相干求和的数据处理方法研究了电离层总电子含量(TEC)对这次γ射线暴的响应.结果表明,SGR1806-20产生的GRB041227对地球电离层产生了明显的影响.在爆发期间,平均电离层TEC有一定的增加,其最大增加值约0.04TECU(1TECU=10~(16)el/m~2),产生效果与一个C级或者低于C级的太阳耀斑相当.计算结果还表明了遥远的天体也能对地球的近地空间环境产生或多或少的影响.     

在卫星授时中电离层误差实时改正的双极化方法

在卫星定位与授时中，电离层折射误差的影响是十分重要的．目前采用的主要改正方法是双频法，还有电离层模型法．双频法要求卫星发射两个工作频率，而电离层模型法的偏差又较大，这对于使用单频接收机的用户来讲，电离层折射改正就成为一个严重问题，笔者提出的双极化法正好可以解决单频接收机所遇到的问题．双极化法是基于电离层的双折射特性．一个线极化波在电离层中传播时被分裂成两个圆极化波，即左旋圆极化波和右旋圆极化波传播，左旋与右旋圆极化波在电离层中传播的速度不同，则到达接收点的时间也就不同，通过测量两个圆极化波到达接收点的传播时廷差，即可确定电离层折射误差的改正量．     

基于CGGTTS的北斗3号系统时间性能评估

依据国际时间频率咨询委员会(Consultative Committee for Time and Frequency, CCTF) GNSS (Global Navigation Satellite System)时间比对工作组制定的时间传递标准(Common GNSS Generic Time Transfer Standard Version2E, CGGTTS_V2E), 针对GNSS接收机观测到的伪距信号开发了数据处理软件, 用于生成标准格式的CGGTTS文件, 并对其可靠性进行了验证. 结果表明, 与sbf2cggtts软件生成的CGGTTS文件相比, 在同一历元下, 分别利用相同GPS和BeiDou-2卫星观测值计算的星地钟差值基本一致, 互差绝对值不超过0.5ns的差值分别占总数的96%、94%. 以中国标准时间UTC(NTSC) (Coordinated Universal Time (National Time Service Center))为参考, 利用数据处理软件分别对BeiDou-2和BeiDou-3卫星的B1I和B3I双频消电离层组合观测值处理并生成标准格式的CGGTTS文件, 通过分析其星地钟差参数对BeiDou系统时间的性能进行评估. 结果表明, 与BeiDou-2相比, BeiDou-3系统时间的内符合精度提高约28%, 且1 d以上中长期频率稳定度明显优于BeiDou-2.     

HY2D卫星星载GPS数据精密定轨研究

采用HY2D卫星2021年6月1日―14日和6月19日―27日星载GNSS主、备份接收机数据,基于简化动力学定轨算法,研究了星载GPS精密定轨技术,分析了主、备份接收机性能及其定轨精度。利用主、备份星载GPS数据定轨,得到相位拟合残差RMS的平均值,分别为0.69 cm和0.82 cm。当轨道重叠4 h时,主份接收机径向差异为0.2 cm,三维位置差异为0.6 cm;备份接收机径向差异为0.3 cm,三维位置差异为1.7 cm,备份接收机结果差异稍大。用法国CNES提供的精密轨道检验主、备份接收机数据的定轨精度,发现主、备份接收机定轨结果与法国产品的径向差异平均值分别为0.8 cm和1.2 cm。用站星间高度角大于20°的全球SLR核心测站观测数据检验主、备份接收机定轨精度,其测距方向残差RMS分别为1.51 cm和2.44 cm。研究结果表明,HY2D卫星搭载的主、备份星载双频GNSS接收机都可以满足卫星径向厘米级精度的定轨需求。     

中国上空电离层的一些主要特征(英文)

本文综述了有关资料,通过电离层的重要参数foF2和TEC以及某些扩展F与散见E层现象,描述了中国上空电离层的主要特征。我国位于中低纬区域,拥有由九个电离层垂测站组成的常规站网(表中新乡站是非常规站),其观测工作已超过30年,近年来,在大部份站点上,又采用微分多普勒与法拉弟旋转技术,分别接收美国NNSS的VHF信号和日本ETS-Ⅱ的1 3 6 MHZ信标信号,进行TEC测量。通过对电离图和TEC资料大量分析研究,结果表明:我国上空变化的精细结构及其产生机制还不清楚;但是,已得出的初步结果仍然给出了我国有关电离层纬度、季节和昼夜变化以及与太阳活动性的概貌,其平均的和扰动的主要特征与其它经度扇区中低纬度站所观测的结果是一致的,同时,也观测到一些由不同的电离层与动力学效应所引起的地区性特点,南方站有很强的赤道喷泉效应,而北方站可能有中层大气环流的影响。     

射电天文及卫星测地中大气折射的改正及其精度

本文综述了电离层、对流层中电波折射引起的射电天文观测及卫星测地中的各种误差及各种改正方法和它们的精度。 对流层影响的主要改正方法是实测大气温度、压力等参数,用数学模型计算。电离层影响的改正目前有三种方法:一是实时测量电离层主要参数——电子总含量的变化,然后用数学模型方法改正。二是采用双频同时观测的手段来消除电离层折射的影响。三是采用自校准方法。文中还比较了两种不同的自校准方法——常规自校准方法和多余量自校准方法。     

利用时间序列模型预报电离层TEC

以IGS(international GPS service)发布的电离层TEC(total electron content)资料为样本,用时间序列模型对全球的电离层总电子含量进行了预报.在时间序列预报模型中,不同的定阶方法导致不同的预报结果;实践证明本文使用的BIC定阶准则较好地实现了电离层总电子含量的预报.结果表明:对10 d左右的预报时间段,时间序列模型的TEC计算结果相对精度高,预报相对精度优于60%的网格点数在总网格点数中所占百分比可达90%以上.     

2009年7月22日日全食期间VLF信号的异常变化

在2009年7月22日日全食期间,用美国斯坦福大学太阳中心提供的电离层突扰(SID)监测仪对甚低频(VLF)信号进行观测时发现:日全食期间的VLF信号强度变化异常,出现类似日出日落的效应;信号强度振幅变大,类似于雷电效应;而且信号强度在日全食前后一段时间内都有所增强.在对观测数据的可靠性进行充分讨论的基础上,对比以往的观测结果,发现电离层会在日全食发生之前有所变化.     

区域GPS网实测电离层变化和卫星硬件延迟的可靠性研究

根据高精度卫星导航定位的实际需要,介绍了利用中国GPS区域网双频相位平滑伪距实测数据,准实时监测区域网电离层电子总含量(TEC)变化和GPS卫星硬件延迟(DCB)的方法和结果.着重研究了区域网独立测定DCB的可靠性,利用中国境内的GPS站点分别构造了3个大小不同的区域网,通过实测DCB和垂直电子总含量(VTEC)与CO...     

用于JATC远程时间比对的双频GPS接收机

中国科学院国家授时中心为“我国综合原子时（JATC）建立与保持的研究”项目研制的双频多通道GPS时间传递接收机NTSCGPS-2，不仅具有远程时间比对的功能，还增加了我国综合原子时需要的本地钟比对功能和精密定位功能。在不增加其它比对设备的情况下，满足JATC项目对远程时间比对的要求。NTSCGPS-2具有如下性能特点：（1）采用双频观测，可实测电离层时延；（2）远程（西安-上海、西安-澳门）时间比对精度达到2ns；（3）具有本地钟间的比对功能，在正常共视观测的同时，还可进行2个本地钟间的比对；（4）具有精密定位功能，相对定位精度为5cm。     

电离层掩星反演的正则最大熵法

电离层掩星数据现已成为电离层观测数据的重要来源,对掩星数据的反演研究一直是掩星研究的热点.传统采用的改正TEC(1btal Electron Content)的Abel变换反演法为线性反演法,它会把测量误差带入反演结果中.为改善反演效果受测量误差的影响,引入两种非线性的反演方法一正则化和正则最大熵反演法.随后设计模拟试验,对3种方法进行验证、比较,得到正则最大熵反演法可以很好地减小测量误差的影响.     

2009年7月22日日食期间VLF信号相位和场强的观测和分析

2009年7月22日日食期间,分别在重庆、桂林和青岛利用阿尔法场强与相位监测仪观测了来自俄罗斯阿尔法导航系统位于Novosibirsk、Krasnodar和Khabarovsk的3个发射台3个频率的甚低频信号,并对实验数据进行了分析。通过建立日食期间的电离层模型,结合实际传播路径地面电磁参数,推测全食区低电离层的等效高度;给出经不同路径传播的VLF(甚低频)信号相位突变与日食发生时刻的关系及原因;分析了日食期间经不同路径传播的VLF信号的场强起伏变化,发现场强变化滞后于相位变化这一现象。     

火星电离层无线电掩星探测仿真研究

对中俄联合火星星-星电离层掩星技术体制进行了分析和介绍,采用三维射线追踪方法对电离层掩星事件的电波观测值进行了模拟计算,并利用模拟的掩星观测数据进行了电子密度廓线反演,结果说明仿真算法可靠.利用仿真的方法,分别对掩星电波相位观测误差和卫星轨道误差等带来的反演误差进行了个例计算和分析,结果得到:5%周的相位测量误差对白天电离层掩星探测结果的影响可以忽略,而夜间电子密度测量的绝对误差小于4×108 m-3;卫星轨道误差对掩星的主要影响是导致电离层高度抬升或下降.结果表明,中俄联合火星电离层掩星探测技术体制先进,可望获得高精度的电子密度廓线;其技术体制也可以用于月球电离层环境的探测.     

基于MGS探测器掩星观测的火星电离层数据初步分析

该文简要介绍了行星无线电掩星技术的意义、历史和原理.利用MGS探测器无线电科学掩星实验得到的火星电离层电子浓度EDS数据,可研究火星电离层的结构.文中分析了MSG电子浓度廓线的峰值高度随经度的变化特性,并结合火星电离层的Chapman模型和实测的电子浓度廓线,探讨了火星电离层的双层或多层结构的可能性及其物理机制.分析了峰值电子浓度和峰值高度同太阳天顶角的关系和TEC在各数据集中的分布.