利用GPS研究南极电离层TEC对太阳耀斑的异常响应

利用了南极地区IGS站和中山站GPS观测数据,计算了太阳耀斑期间的电离层TEC,分析了南极电离层TEC对太阳耀斑的异常响应。     

GPS硬件延迟计算精度及其稳定性分析

硬件延迟是利用GPS进行TEC测量时最大的误差源,其影响可达30多TECU。为获得更准确的绝对TEC数值,必须利用一定的电离层模型计算得出GPS系统硬件延迟。本文为估算利用一个时段内的观测数据计算得出的硬件延迟对后续时段TEC测量的影响,利用IGS网络中60多个数据质量良好的GPS跟踪站数据,对硬件延迟的精度和稳定性进行了研究。结果表明:GPS系统硬件延迟在短期内具有较好的精度和稳定性,但是当发生电离层扰动现象时GPS系统硬件延迟的精度和稳定性会遭到破坏。同时根据GPS系统硬件延迟稳定性的研究成果,本文还提出了一种对太阳耀斑进行预报的观点。     

GPS反演上电离层剖面及实例

介绍了在利用GPS观测电离层TEC和反演上电离层剖面过程中，如何选择最适宜GPS星，如何计算卫星有关参数，如何计算卫星到测站间斜向TEC等问题，最后给出了一个剖面反演实例。     

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.      

基于GPSTk的区域电离层TEC地图重构

电离层是影响卫星导航系统传输时延的重要因素之一,电离层总电子含量(TEC)地图重构是消除电离层传输时延的重要手段。GPSTk作为GPS数据处理的重要软件之一,可以满足区域电离层TEC地图的重构要求。本文针对GPSTk的特点,深入研究了GPSTk的电离层TEC计算原理、数据处理流程及具体的软件操作方法,该研究对基于GPS数据的电离层数据处理软件的研制具有一定的参考意义。     

基于GPS电离层测量的SAR成像补偿技术

本文在总结电离层中信号传播时延特性的基础上,提出了一种使用基于GPS电离层测量总电子含量(TEC)改进SAR成像的方法。由模拟的低频SAR经过电离层后的成像情况证明,电离层的影响十分严重。当使用GPS测量的路径TEC进行校正后,可以重新得到比较理想的成像效果。      

磁暴事件对高精度TEC二维分布的影响

电离层总电子含量(TEC)是电离层探测与研究工作的重要特征参量之一．利用地基GPS接收站台网,可以获得大量的垂直TEC数据．本文提出一种高精度TEC地图重构方法,基于Kriging法对垂直TEC进行插值处理,实现了亚大区域高分辨率TEC二维分布的重构,并与实测数据对比验证了本方法的精度和有效性．基于此二维分布,分析了区域TEC值随时间、纬度的变化情况;重点分析了磁静日与磁暴期间南北半球不同纬度TEC值的不同表现特征,并给出了磁暴期间不同纬度TEC的变化趋势所存在的差异及其解释,相关研究成果可为区域高分辨率电离层监测系统的建立提供方法支撑．      

利用GPS对太阳耀斑进行监测及预报的方法研究

为利用GPS对太阳耀斑进行监测和预报研究,从IGS网站上下载了全球分布的60多个GPS跟踪站的观测数据,对两起X级的太阳耀斑爆发时所引起的TEC变化进行了计算及分析.结果表明,中低纬度的GPS跟踪站在太阳耀斑发生期间均监测到了总电子含量的突增现象,并且与X射线辐射通量图具有很好的一致性;差分TEC可以获得更精细的总电子含量的变化情况,更加适合于对太阳耀斑的细致研究;通过对相邻日绝对总电子含量的研究发现,在耀斑爆发前期,相邻日绝对总电子含量会出现大幅度的跳跃现象.     

基于球谐函数区域电离层模型建立

利用GPS双频观测数据建立高精度、准实时的区域电离层总电子含量(TEC)模型是电离层研究的一个重要手段。文中探讨IGS观测站数据结合4阶球谐函数建立区域电离层格网模型的方法,并对硬件延迟(DCB)和TEC建模结果的可靠性进行分析,结果表明,DCB解算精度在0.4ns以内,TEC内外精度优于1.4TECU(1TECU=1016电子数/m2)和1.5TECU,满足导航定位中电离层改正的需要。     

NeQuick电离层模型在中国地区的应用

电离层延迟是影响GPS绝对定位精度的主要因素,对单频接收机尤为明显,Galileo系统广播星历拟采用NeQuick模型作为其电离层模型。本文介绍了NeQuick模型及其模型最优化,给出了利用NeQuick模型计算电离层总电子含量(TEC)的方法,利用国内部分观测台链提供的北京和武汉的TEC,并与NeQuick模型所给出的结果进行对比分析,最后给出NeQuick模型在中国地区使用的初步结论。     

Assessment of vertical TEC mapping functions for space-based GNSS observations

The mapping function is commonly used to convert slant to vertical total electron content (TEC) based on the assumption that the ionospheric electrons concentrate in a layer. The height of the layer is called ionospheric effective height (IEH) or shell height. The mapping function and IEH are generally well understood for ground-based global navigation satellite system (GNSS) observations, but they are rarely studied for the low earth orbit (LEO) satellite-based TEC conversion. This study is to examine the applicability of three mapping functions for LEO-based GNSS observations. Two IEH calculating methods, namely the centroid method based on the definition of the centroid and the integral method based on one half of the total integral, are discussed. It is found that the IEHs increase linearly with the orbit altitudes ranging from 400 to 1400 km. Model simulations are used to compare the vertical TEC converted by these mapping functions and the vertical TEC directly calculated by the model. Our results illustrate that the F&K (Foelsche and Kirchengast) geometric mapping function together with the IEH from the centroid method is more suitable for the LEO-based TEC conversion, though the thin layer model along with the IEH of the integral method is more appropriate for the ground-based vertical TEC retrieval.     

利用GPS监测两起太阳耀斑事件的结果分析

利用59个数据质量良好的IGS跟踪站的观测数据,对2000年7月14日爆发的X5.7级的太阳耀斑和2001年4月15日爆发的X14.4级的太阳耀斑所引起的TEC的变化情况进行了计算和分析。计算结果显示对于两起X级的太阳耀斑,绝大部分向日面跟踪站均有不同程度的响应,综合分析两起太阳耀斑发生期间TEC的响应情况,得出了TEC变化与地方时以及地理位置等的对应关系。     

利用GPS三频观测值监测电离层TEC及其变化率

三频观测数据为监测电离层总电子含量提供了更多的观测值选择。在双频观测值估算电离层总电子含量的原理基础上,利用不同纬度地区的三频GPS观测资料计算获得了电离层总电子含量值及其变化率。分析结果表明：由于GPS接收机码间偏差的影响,不同频率间组合获得的电离层总电子含量结果出现较大的系统差异,使用不同频率组合获得的电离层TEC变化率有很好的一致性。     

2017年9月磁暴期间电离层TEC变化分析

为了进一步研究磁暴对电离层总电子含量变化的影响,基于2017年9月6日太阳爆发X93级特大耀斑并引发磁暴现象,文中将iGMAS提供的全球电离层总电子含量格网数据与中国科学院空间环境预报中心(SEPC)提供的磁暴环电流指数进行相关性分析,并重点分析了磁暴过程中不同阶段环电流指数与全球不同纬度带电离层总电子含量变化的相关性及影响,结果表明:1) 此次特大耀斑爆发13小时后发生大磁暴,磁暴主相阶段环电流指数与滞后1 h的电离层总电子含量相关系数为-0999 7,即随着磁暴加剧电离层总电子含量迅速增加,恢复相阶段迅速减少并趋于稳定;2) 电离层总电子含量变化随磁暴环电流指数变化而变化,两者变化趋势一致,磁暴强度与电离层总电子含量变化呈强负相关性,磁暴对不同纬度带的电离层总电子含量影响趋于一致,影响程度大小由高纬至低纬逐渐递减;3) 磁暴对不同纬度带的电离层总电子含量变化影响不同步,其影响存在由高纬逐渐延伸至低纬,磁暴主相阶段对不同纬度带的影响时延约为1 h,恢复相阶段时延逐渐消失,电离层电离层总电子含量变化趋于稳定;[JP2]4) 此次磁暴恢复相阶段出现的电离层总电子含量异常变化,还有待进一步研究分析。      

利用神经网络预报短期电离层TEC变化

利用神经网络,基于IGS提供的(40°N,115°E)网格点TEC数据,本文构造了该点处提前一天的TEC预报模型。神经网络模型的预测目标是待预测日一天内的12个TEC数值。输入参数包括预测日前一日的太阳黑子数、地磁Kp指数、预测日前27天的太阳黑子数三角函数拟合参数,以及预测日前2天16个Kp指数的多项式拟合参数。实验结果表明训练后的神经网络模型可以反映出不同季节的TEC周日变化以及地磁暴情况下的TEC特征。     

一种适合MSNA区域的单站TEC经验模型:以ohi3站为例

中纬度夏季夜间异常(midlatitude summer nighttime anomaly,MSNA)区域内的总电子含量(total electron content,TEC)的日变特性存在季节性差异,能否有效描述MSNA的特征是检验电离层TEC经验模型精度的关键指标之一。针对MSNA现象,提出了一种适合MSNA区域的单站电离层TEC经验模型,命名为SSM-T2(single station model type2)模型;以位于MSNA区域内的南极半岛上的奥伊金斯站(ohi3)为例,验证了该模型的有效性。SSM-T2模型由3部分组成,分别是TEC日变化分量、季节变化分量和随太阳活动分量,模型中的系数由非线性最小二乘拟合得到。在南极半岛的ohi3站上,模型拟合测试结果表明,SSM-T2-ohi3模型与建模数据GPS-TEC拟合得很好,较好地描述了MSNA现象。通过模型对比分析发现,在外推时间点上,SSM-T2-ohi3与CODE GIMs、SSM-month模型符合得很好,能有效描述MSNA的特征,具有较好的预测能力,且总体上优于IRI2016模型。     

2015年尼泊尔Mw 7.8地震前OLR和电离层异常分析

针对2015-04-25尼泊尔Mw 7.8地震,利用NOAA卫星遥感射出长波辐射(OLR)数据和IGS(International GNSS Service)提供的全球IONEX总电子含量(TEC)数据,并考虑太阳和地磁活动水平的条件下,分别对OLR数据采用标准差阈值法和对电离层TEC数据采用四分位距法进行了异常探测。结果显示,2015-04-22在震中附近地区卫星遥感OLR出现异常增强现象;同时,2015-04-23在震中附近电离层TEC出现显著正异常现象,而且出现磁共轭现象。     

离散重力数据等值线生成算法

网格化是等值线图生成算法中的主要步骤,使用Shepard曲面拟合法、加权趋势面拟合法及普通克里金算法对重力异常数据网格化,从计算速度、网格化后数据连续性、网格化结果精度、网格化运算时间等方面对三种方法比较分析,普通克里金法拥有较好计算精度和图形连续性,但是计算时间最长,Shepard法计算精度不错、时间短,只是生成图形连续性差,趋势面法计算时间长、结果精度低,不是一种很适用的方法。