利用地基GPS网高精度实时监测电离层TEC

地基GPS网是监测电离层总电子含量(TEC)的有效手段之一,本文基于上海综合GPS应用网建立了高时空分辨率(0.5h×0.1°×0.1°)的垂直TEC格网模型,用于实时地监测该地区上空电离层TEC变化.该模型每30min给出一幅电离层TEC图,详细地反映了区域电离层分布和变化情况,并可用于实时地改正该地区单频GPS接收机的电离层延迟.     

GPS实时监测和预报电离层电子含量

GPS能高精度地实时监测电离层总电子含量(TEC)变化，对纠正单频GPS接收机电离层延迟和监测电离层活动及其所反映的太阳活动规律具有重要意义．上海地区GPS综合应用网的建立，为监测长江三角洲地区电离层变化提供了宝贵的资料，利用这些双频GPS接收机的连续观测资料，可近实时地监测和预报该地区电离层总电子含量，其内外符精度和外推预报30分钟的精度均优于0.4m．     

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。     

GPS共视时间比对中的电离层时延改正问题

众所周知，GPS共视是目前国际上主要的时间传递比对技术，其中扣除电离层时延是很重要的一个方面。介绍了如何采用国际GPS服务中心(IGS-International GPS Service)公布的电离总电子含量(TEC-Total Electron Content)图来进行电离层时延改正。结果表明：对于单频GPS接收机，采用TEC图作电离层时延改正后的单站定时和共视比对精度比用理论模型作改正的精度有很大的提高。通过比较还表明，亚太地区的时间实验室之室的时间传递精度比欧美地区的要低，这可能是因为亚太地区用于测量TEC的IGS测站少，因而导致该地区的TEC的精度较低。     

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...     

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．     

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.     

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％。     

电离层对GPS测距的影响

利用单层电离层改正模型就GPS卫星高度角对测距的影响作了探讨。研究表明，通常采用的单层电离层改正模型中电离层高取均值对低高度角卫星测距的改正是不适应的，利用单层电离层模型改正时应顾及电离层高的变化。最后利用1986年武汉地区实测TEC数据进行了计算并将结果和IRI－90模型计算结果作了分析比较。     

利用GPS探测电离层异常中的高斯过程处理方法

平静状态下电离层总电子含量（TEC）随时间的变化通常可以视为平稳随机过程。然而，太阳或地球的突发事件（如太阳耀斑、地磁场的扰动）会引起电离层的扰动，破坏该平稳过程，从而引起其统计参数的变化。依据平稳随机过程——高斯过程的相关性质，利用其自协方差函数和TEC时间系列，构建了独立同标准正态分布的观测样本，并利用X^2假设检验的方法来探测电离层异常现象。此外，还利用了2000年7月14日太阳耀斑期间我国国际IGS跟踪站武汉GPS跟踪站的数据，进行了实例分析。结果表明，该方法可以有效地探测电离层异常现象。     

电离层延迟改正模型综述

电离层延迟改正模型通常可以分为广播星历用的预报模型、广域差分用的实时模型、后处理模型3类,不同应用要求需要选择不同的模型。主要比较分析了几种常用的电离层延迟改正模型: 用于广域差分中生成格网模型的三角级数模型、多项式模型、低阶球谐函数模型等都可以获得很好的改正效果,且这3种模型基本上是等价的;电离层延迟谐函数展开模型可以用来分析电离层长时间系列的变化特征;国际电离层参考模型IRI的改正精度一般可以达到60％的效果;而GPS 星历采用的Klobuchar模型的参数设置存在一些不足,对此提出了一些改进措施。     

Evaluation of LEO based GPS slant TEC using a simulation technique

With the increased number of low Earth orbit (LEO) satellites equipped with Global Positioning System (GPS) receiver, the LEO based GPS slant total electron content (STEC) data play a more important role in ionospheric research due to better global coverage. The accuracy of LEO TEC is hardly evaluated by comparison with the independent TEC measurement simultaneously. We propose an approach based on the simulated data to verify the accuracy of TEC determination. The simulated data (i.e., the pseudorange and carrier phase observations) was generated based on the consideration of the effect of the ionosphere, the so-called differential code bias (DCB) and observational noise. The errors of carrier phase to code leveling process and DCB estimation are analyzed quantitatively. Also, the effect of observational noise, solar activity and LEO orbit altitude on the accuracy of TEC determination will be discussed in detail. The accuracy of TEC determination is relative to solar activity and LEO orbit altitude, the higher LEO orbit and lower F10.7 index, the higher accuracy of TEC determination. It is found by the first time that, with the amplification of the pseudorange noise, the accuracy of leveling process and TEC determination declines almost linearly. With the LEO missions in the near future, it is hoped that the GPS satellite DCBs estimated based on LEO observations would be better than those based on ground-based observations.     

Anomalous variation in GPS TEC prior to the 11 April 2012 Sumatra earthquake

On 11 April 2012, a strong earthquake of magnitude Ms8.6 occurred near the west coast of Northern Sumatra, Indonesia. In this paper, we investigated the morphological characteristics of anomalous variations in Global Positioning System Total Electron Content (GPS TEC) prior to the earthquake by the method of the statistical analysis. It was found the TEC anomaly was firstly decreased, then, it became more enhanced, finally, it decreased, the peak of anomaly enhancement arose from 13:00–17:00 LT on April 5 lasted for ～4 hours and the anomalous ionospheric regions extended to ～40^° in longitude and ～20^° in latitude, its location did not coincide with the vertical projection of the epicenter, but lies at the north and south of the geomagnetic equator, meanwhile, corresponding ionospheric anomalies are also observed in the magneto conjugate region. Potential causes of these results are discussed,eliminating the ionospheric anomalies that may be caused by solar activities and magnetic storms, it can be concluded that the observed obvious anomalous variation in GPS TEC on April 5 were possibly related to the earthquake.     

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.     

Response of the Total Electron Content of Terrestrial Ionosphere to GRB041227

At 21:30 UT on 2004 December 27 an extremely strong gamma-ray burst swept across the earth and caused the part of the terrestrial upper atmosphere exposed to it to produce extra ionization. Sudden ionospheric disturbance (SID) events were simultaneously observed at many of the very low frequency (VLF) electric wave observing stations. Analyses of the X-ray data of the GOES satellite as well as the solar wind and interplanetary data of the ACE satellite with the relevant theories show that the observed SID event observed was indeed caused by GRB041227. We calculated the response of the total electron content (TEC) of the terrestrial ionosphere to this γ-ray burst using the observed data provided by the international GPS service network (IGS) and the data processing method of coherent summation. The result indicates that the GRB041227 produced by the SGR1806-20 had an evident effect on the terrestrial ionosphere: in the course of the burst the average ionospheric TEC increased, to a maximum size of about 0.04 TECU (1 TECU = 10¹⁶ el/m²), equivalent to a solar flare with importance of C or lower. The calculated result demonstrates once again that a remote celestial body can also affect the terrestrial space environment to some extent.