The ionospheric eclipse factor method (IEFM) and its application to determining the ionospheric delay for GPS

A new method for modeling the ionospheric delay using global positioning system (GPS) data is proposed, called the ionospheric eclipse factor method (IEFM). It is based on establishing a concept referred to as the ionospheric eclipse factor (IEF) λ of the ionospheric pierce point (IPP) and the IEF’s influence factor (IFF) . The IEF can be used to make a relatively precise distinction between ionospheric daytime and nighttime, whereas the IFF is advantageous for describing the IEF’s variations with day, month, season and year, associated with seasonal variations of total electron content (TEC) of the ionosphere. By combining λ and with the local time t of IPP, the IEFM has the ability to precisely distinguish between ionospheric daytime and nighttime, as well as efficiently combine them during different seasons or months over a year at the IPP. The IEFM-based ionospheric delay estimates are validated by combining an absolute positioning mode with several ionospheric delay correction models or algorithms, using GPS data at an international Global Navigation Satellite System (GNSS) service (IGS) station (WTZR). Our results indicate that the IEFM may further improve ionospheric delay modeling using GPS data.     

磁层-电离层电动耦合的中纬电离层效应

本文通过对1982年磁扰期间琼中、北京两站地磁X分量变化的分析,证实了磁层-电离层电动耦合对中纬电离层电流的影响.分析发现:磁静、磁扰条件下的平均日变化中,两站X分量变化在白天有反向的趋势.这表明它们分处于与动力效应对应的电离层发电机电流圈中心之南北两侧.在磁暴主相期间,X分量变化形态与之明显不同,两站地磁南北分量有同向变化,且变幅相近,甚至有时北京站△X更大.对环电流能量增长指数R小于-25nT/h的21次事件所作的时序叠加分析（以R最负时为零时）进一步证明,这种同向变化是普遍存在的.两站零时之△X大小相近,相关系数高达0.98.该同向变化与R指数突然变负密切相关. 以上对比表明,与发电机电流造成两站X分量反向变化不同,同向变化是磁层源高纬扰动电流向中低纬直接穿透的结果.本文对动力和电动耦合两种过程的不同进行了初步讨论.     

Simultaneous radio and optical observations of the mid-latitude atmospheric response to a major geomagnetic storm of 6–8 April 2000

Basic properties of the mid-latitude traveling ionospheric disturbances (TIDs) during the maximum phase of a major magnetic storm of 6–8 April 2000 are shown. Total electron content (TEC) variations were studied by using data from GPS receivers located in Russia and Central Asia. The nightglow response to this storm at mesopause and termospheric altitudes was also measured by optical instruments FENIX located at the observatory of the Institute of Solar-Terrestrial Physics (51.9°N,103.0°E), and MORTI located at the observatory of the Institute of Ionosphere (43.2°N, 77.0°E). Observations of the O (557.7 and 630.0 nm) emissions originating from atmospheric layers centered at altitudes of 90 and 250 km were carried out at Irkutsk and of the O₂(b¹∑_g⁺−X³∑_g⁻) (0-1) emission originating from an atmospheric layer centered at altitude of 94 km was carried out at Almaty. Our radio and optical measurement network observed a storm-induced solitary large-scale wave with duration of 1 h and a wave front width of no less than 5000 km, while it traveled equatorward with a velocity of 200 m/s from 62°N to 38°N geographic latitude. The TEC disturbance, basically displaying an electron content depression in the maximum of the F2 region, reveals a good correlation with growing nightglow emission, the temporal shift between the TEC and emission variation maxima being different for different altitudes. A comparison of the auroral oval parameters with dynamic spectra of TEC variations and optical 630 nm emissions in the frequency range 0.4–4 mHz (250–2500 s periods) showed that as the auroral oval expands into mid-latitudes, also does the region with a developed medium-sale and small-scale TEC structure.     

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。     

利用GPS组合观测值建立区域电离层模型研究

介绍了VTEC模型的基本原理，给出了三种利用载波相位观测值改善伪距观测值精度的方法，利用三种组合观测值分别建立VTEC模型，并与利用伪距观测值计算的VTEC模型的精度进行比较。     

地磁静日期内北半球电离层NmF2的结构分布

用北半球陆地上48个地面电离层垂测站资料，以及国际参考电离层IRI 90模式，考察1985年1月6～7日F2层电子密度最大值日变化的纬度剖面和经度效应. 结果表明，在亚洲地区的20°N～30°N内，F2层赤道异常“喷泉效应”产生的NmF2“北驼峰”最高，其最大值出现在中午，或稍迟时间. 30°N ～50°N区域内，NmF2的白天峰值幅度逐渐下降，峰值时间移至午前约10:00 LT. 更高纬度(50°N～62°N )台站上，中午前后NmF2出现双峰，傍晚有谷值，夜间又再次抬升. 欧、美地区的低纬台站很少，但借助IRI 90模式分析可发现，在270°E经圈上，“喷泉效应”造成的“北驼峰”幅度最小，而且随纬度增大时，NmF2白天幅度下降也不明显，即纬度剖面的经度效应非常显著. 对中国、日本地区台站资料的小范围经度差异分析表明，在驼峰区的90°E～140°E内，各站NmF2无明显差别；但在中纬地区30°N～50°N内，中国西部上空NmF2白天变化幅度较大，且较为陡直，而中国东部和日本台站上空则相对平缓.     

Jason-2高度计电离层GIM误差分析及修正研究

基于Jason-2高度计2015年地球物理数据集(GDR)38个周期太平洋海域的全球电离层图(GIM)电离层校正值和双频校正值的数据，分不同季度和不同纬度区域比较二者的差异，结果表明:GIM值与双频校正值之间存在明显的差异，GIM校正值普遍高于双频校正值，说明GIM高估了电离层路径延迟，GIM校正值与双频校正值的差异与季节和纬度区间有关。用梯度下降法得到GIM值的修正方程，将修正方程应用于2016年Jason-2的全年数据，修正后的GIM值与双频校正值十分接近，在各年份中均具有良好的适用性。在单频高度计不能使用电离层双频校正算法的情况下，可以利用不同季度和不同纬度区域的修正方程对同等高度的高度计GIM值进行修正以达到双频校正值的精度水平。     

GPS精密卫星钟差估计研究

随着精密单点定位技术的发展,对于精确的卫星坐标以及卫星钟差改正精度的要求越来越高,精密卫星星历以及精密卫星钟差的求解成为制约精密单点定位技术发展的瓶颈。本文基于修复周跳的载波相位观测值与相位平滑伪距观测值,采用无电离层延迟星间单差精密卫星钟差估计模型,在先估计出整周模糊度后,进行了精密卫星钟差的估计,并采用与IGS事后精密钟差作二次差的方法进行精度分析,这对于提高精密单点定位精度具有一定的意义。     

基于混合罚函数法的多尺度电离层层析确权方法

在利用GNSS进行像素基电离层层析时,多尺度层析方法利用权重因子将反演区域不同像素层析模型结合在一起,最终得到电离层电子密度反演结果,可以有效地解决电离层层析过程中不适应问题和最终的电离层电子密度失真现象。在多尺度电离层层析中,不同像素尺度层析模型之间权重是影响最终的电离层电子密度精度的重要因素。为了获得高精度电离层层析模型,考虑到权重因子存在着等式和不等式限制条件,采用解决最优化问题的罚函数法确定不同像素尺度电离层层析模型之间的权重。通过采用实测GNSS观测数据进行电离层多尺度电离层层析,对比了多尺度层析模型的各个子模型建模精度并进行分析,同时将罚函数法获得的模型精度与其他确权方法进行了对比,该方法可以有效地应用于多尺电离层度层析,且最终的层析模型精度优于其他确权方法,更优于单尺度电离层层析模型精度。     

一种改进的基于 BDS 三频非差观测的周跳实时探测与修复模型

BDS三频观测条件下可以组合得到具有优良特性的虚拟载波观测量,有利于改善非差观测数据的周跳实时探测与修复。文中提出一种基于BDS三频非差数据的周跳实时探测与修复模型:首先,采用消电离层无几何HMW组合观测量探测和修复EWL周跳;然后,将经过修复的EWL观测量与WL组合消除几何相关项,忽略电离层延迟残差进而确定WL周跳;最后采用经过修复的WL观测量与NL组合形成无几何观测量,并通过优化载波相位组合确定电离层延迟的变化量以探测和计算NL周跳,并通过简单变换得到原始载波观测量的周跳值。通过实测BDS三频数据对模型可行性进行验证分析,结果表明,即使在30s的采样率以及电离层活动活跃条件下,该模型都可有效实时探测和修复各类周跳。