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。     

基于球谐函数模型的电离层预报

据球谐函数模型系数的特点,采用ARMA(p,q)模型对球谐函数模型系数进行预报,由球谐函数模型计算电离层VTEC。提出了针对某一时刻球谐系数进行预报的方法,相比传统按照时刻顺序的预报,预报时间大大延长,预报精度也有所提高。试验结果表明,相比中高纬度地区,低纬度地区预报精度偏低,同时,一天中不同时刻预报结果有所差别,前半天的预报效果明显好于后半天。     

GPS和GLONASS组合的全球实测电离层TEC建模

根据高精度卫星导航和电离层活动监测的需要,利用全球238个GPS基准站的双频实测数据,通过建立球谐函数模型的同时解算电离层电子含量以及GPS与GLONASS卫星DCB及其相应的接收机DCB;将其结果与CODE、IGS分析中心的结果进行比较分析,表明该方法建立的模型是可靠的,其GPS和GLONASS卫星DCB相对于CODE精度优于0.1ns,相对于IGS精度优于0.2ns,其GPS测站DCB和GLONASS测站DCB相对于CODE和IGS精度优于1ns,垂直总电子含量相对CODE和IGS精度优于3TECU,组合结果精度高于组合前。     

基于球谐函数模型的GPS电离层延迟改正分析

电离层延迟误差是影响GPS导航和定位的最主要因素,但由于电离层本身的不稳定性,以及目前对其物理特性还不甚了解,我们只能采用精度有限的经验模型和数学模型对其进行描述。本文介绍了利用球谐函数模型模拟电离层延迟的原理与方法,采用双频伪距精确获得电离层延迟,模拟了中国地区上空的电离层延迟,并对模拟结果进行了分析比较,得出了几点有益结论。     

单站区域电离层TEC建模及精度分析

为了分析单站区域电离层总电子含量(total electron content,TEC)模型的适用范围和精度,基于2～15阶次球谐函数,分别建立了欧洲区域16个单站区域电离层TEC模型,生成了区域格网TEC,并与欧洲定轨中心(Center for Orbit Determination in Europe,CODE)、...     

基于球谐函数建模的单站接收机硬件延迟算法

在电离层建模过程中,要想获取准确的电离层TEC信息,必须剔除硬件延迟的影响。利用4阶球谐函数建立单站电离层延迟模型,求解球谐函数系数的过程中解算硬件延迟值。在建模过程中针对单站模型卫星与接收机硬件延迟较难分离的问题,直接将广播星历中播发的TGD参数作为卫星硬件延迟,观测值采用载波相位平滑伪距,通过实验验证该方法的有效性。     

基于球谐函数模型的GPS差分码延迟估计

电离层延迟是GNSS观测值中最大的误差源,因此如何利用GNSS观测值确定高精度电离层模型逐渐成为实时导航、定位及大气相关研究的重要内容。在通常采用组合观测值建立模型的方法中,精确估计电离层总电子含量（TEC）的重要误差之一是差分码硬件延迟（DCBs）。为了实时得到P1、P2、C2相互间硬件差分码延迟偏差,本文采用IGS跟踪站的观测数据并利用载波平滑后的差分伪距建立观测方程,对卫星和接收机硬件差分码延迟偏差进行实时解算。经比较模型解算DCB值与IGS最大差异不超过0.8 ns,C1、P1码延迟偏差72%差异值小于0.3 ns,P1、P2的74%差异值小于0.3 ns。     

不同活跃状态下香港区域电离层建模分析

针对如何选取合适的区域电离层模型阶数的问题,该文研究了不同活跃状态下香港区域电离层模型的精度,提供了电离层平静期、活跃期、异常期区域电离层球谐函数建模的最佳阶数。利用低纬度香港CORS网数据,建立区域电离层模型,通过对比欧洲定轨中心(CODE)电离层产品验证了区域电离层模型最佳阶数的建模精度。在约110 km区域范围内,研究结果表明：(1)电离层平静期,1～5阶球谐模型垂直电子总含量(VTEC)建模效果相当,相对于CODE产品VTEC偏差的均值为2.286～3.300 TECU;(2)电离层活跃期和异常期,2阶模型VTEC建模精度最高,相对于CODE产品VTEC偏差的均值分别为4.121、4.546 TECU;(3)随着球谐模型阶数增加,2阶以上球谐模型电离层拟合精度无显著提升;(4)随着电离层活跃更加剧烈,球谐模型拟合残差逐渐增大,拟合效果和建模精度出现下降。     

GEO卫星区域电离层监测分析

由于GEO卫星的静地特性,由双频观测数据获取的穿刺点垂直总电子含量(VTEC)可以充分反映电离层的时域变化,而根据地面监测站的分布,可以进一步获取VTEC的空域变化.分析根据区域卫星导航系统观测数据计算VTEC的精度,理论分析表明VTEC精度优于2 TECU.根据实测数据计算分析我国高、中、低纬度不同穿刺点电离层平时、磁暴期间的周日变化特性和2011年全年变化特性,并与IGS全球电离层图(GIM)的穿刺点插值结果进行分析比较.结果表明,两者在电离层周日和全年变化趋势上具有很好的一致性,但磁暴期间我国低纬度地区GIM误差的峰值可达29TECU,2011年全年评估结果GIM误差标准差为2～8 TECU.根据2011年的观测结果,电离层VTEC呈现出明显的半年异常现象.区域卫星导航系统为我国的电离层监测尤其是空间天气期间的电离层监测提供了新的支持.     

CMONOC约束下的MODIS水汽分区域函数模型校正

融合全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）与中分辨率成像光谱仪（moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS）可获得高精度、高空间分辨率的水汽分布信息。开展基于中国大陆构造环境监测网络（crustal movement observation network of China,CMONOC）观测资料的中国大陆地区MODIS水汽校正研究。首先,根据地理环境、海拔、气候类型等因素将中国大陆分为16个区域,开展区域MODIS水汽和GNSS水汽的相关性分析;其次,分区域、分季节选择不同的函数模型构建基于GNSS的MODIS水汽校正模型;然后,采取区域模型、单站点模型与实测GNSS水汽开展模型的可靠性检验;最后,通过分区域MODIS水汽校正和图像叠加,获得校正后的中国大陆地区MODIS水汽分布。研究表明,区域MODIS水汽校正模型精度与单站点模型相当,可取代单站点模型用于MODIS水汽校正。基于CMONOC的分区域函数模型可有效提高MODIS水汽精度,为短期天气预报和合成孔径雷达...     

多源重力数据球冠谐模型抗差融合法

提出了一种基于球冠谐模型的抗差岭估计数据融合算法,并通过数值计算对算法的有效性进行验证。结果表明融合后的球冠谐模型不仅能够抵抗系数阵的病态性,而且能够有效地消除观测粗差的影响。最后就观测噪声大小对融合结果的影响进行了探讨。     

SHAtrop:基于陆态网GNSS数据的中国大陆区域ZTD模型

对陆态网223个全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）测站6 a实测对流层天顶延迟（zenith total delay,ZTD）的时空特性进行了分析,结果表明,各测站ZTD平均值随大地高指数递减,衰减因子与纬度近似线性关系,其时域变化呈现年周期和半年周期,周期、振幅、初相位与地域分布有关。综合采用周期函数及格网函数,建立了中国大陆区域ZTD经验模型SHAtrop。模型提供区域内分辨率为2.5°×2.0°的格网,用户使用时,先在相应格网内插得到对应参数,再利用三角函数得到椭球面ZTD,最后利用指数函数计算ZTD。实测ZTD的数据验证结果表明,SHAtrop的均方根误差（root mean square,RMS）为3.4 cm,优于常见经验模型。SHAtrop采用较多测站,对高程改正更精细;使用时只需要输入经纬度与时间,使用方便,能满足中国区域GNSS用户实时定位导航的ZTD改正需求。     

电离层层析VTEC投影函数模型

目前通用的电离层投影函数在电离层垂直总电子含量(VTEC)向倾斜总电子含量(STEC)转换的过程中仅考虑高度角的影响,未考虑方位角的影响。针对此问题提出了一种基于电离层层析技术的新模型。该模型通过分析电离层电子密度分布的特点,对电子密度进行合理分层;并利用各层电子含量所占总电子含量比例确定权值。通过对穿刺射线的STEC进行分段计算,并对每段电子含量与对应权的乘积求和来确定最终的STEC值。最后,将新方法和传统方法得到的STEC值分别与"STEC真值"进行比较,验证了新算法的精度和可靠性。     

复数矢量球谐函数在形变场中的应用

研究了复矢球函数的理论性质,给出了一般向量场的复数矢量球函数表达及其有关的公式.对潮汐形变位移和形状轴进行了讨论.     

复数矢量球谐函数在形变场中的应用

研究了复知球函数的理论性质,给出了一般向量场的复数矢量球函数表达及其有关公式。对潮汐形变位移和形状进行了讨论。     

利用MPI并行算法实现球谐综合的效率分析

分析了求解地球重力场参量的球谐综合计算公式,引入数组预存再调用方法来避免传统算法中对cos（mλ）、sin（mλ）及勒让德函数的递推系数的重复计算问题,并结合MPI（message passing interface）并行技术来提高计算效率。实验采用2 160阶次的EGM2008模型,以DELL PowerEdge R730服务器和超算“天河二号”为计算平台,计算了分辨率1°和5'的网格重力异常。结果表明,数组预存再调用的方式减少了中央处理器（central processing unit,CPU）的计算工作量,但同时增加了内存的访问次数,适用于CPU性能一般而内存频率较高的计算平台。MPI并行技术可充分发挥计算机的多核优势,并在进程个数等于逻辑CPU的个数时获得最大加速比。     

质量负荷引起地表形变的格林函数和球谐函数方法对比研究

固体地球对地表质量负荷响应,一般采用格林函数或球谐函数方法来计算。两者在数学上是等价的,在实际计算中存在差异。应用地表流体质量负荷变化数据,定量分析了二者在计算地表位移时的精度。结果表明,同一负荷作用下对单点地表位移的计算,两者的精度在误差水平上是一致的,其计算效率也是一致的;但在计算全球1°规则网格站点时,球谐函数方法要比格林函数方法在计算效率上快近100倍。对地表流体质量变化而言,2°空间网格的分辨率一般可满足改正GPS位移数据的精度,且地表流体引起的站点垂直位移变化可解释超过50%的GPS观测方差。