扰动重力梯度的球冠谐分析建模

从球冠谐理论出发,详细推导了球冠坐标系下扰动重力梯度的无奇异性计算公式。基于Tikhonov正则化方法,利用GOCE卫星实际观测数据解算局部重力场球冠谐模型。数值计算表明,基于扰动重力梯度的球冠谐分析建模方法能够有效地恢复局部重力场中的短波信号,与GO_CONS_GCF_2_DIR_R5模型的差异在±0.3×10~(-5) m/s~2水平。     

利用球冠谐分析方法和GPS数据建立中国区域电离层TEC模型

利用GPS实测资料建立了中国区域电离层TEC球冠谐分析模型(spherical cap harmonic analysis,SCHA),评估了该模型的精度和有效性。结果表明,该模型有较高的拟合精度,其拟合残差约为±3 TECU,且精度在时间和空间上分布较均匀。根据IGS分析中心发布的IONEX全球电离层数据(GIM),内插得到了区域内相应时段的平均电离层电子含量,并利用它对CSHA模型的零阶项系数~C0,0所表示的区域平均电离层电子含量进行了检核。结果表明,二者具有较高的一致性和相关性,其谱特征相关系数为0.993。由于SCHA模型较GIM模型利用了更多本区域的GPS观测数据,因此其拟合精度更高,拟合结果与实测数据更一致。对SCHA模型参数的时间序列进行谱分析,结果表明,该模型的模型系数较好地描述了区域电离层TEC的周期性变化特征。     

利用球冠谐分析拟合GPS水准高程

研究了球冠谐分析的理论基础,推导出用球冠谐分析拟合高程异常的模型,从而实现了GPS大地高和正常高之间的转换。介绍了球冠谐模型的改进模型(adjusted spherical harmonic analysis,ASHA),解决了球冠谐分析中求解非整阶Legendre函数阶数的困难。拟合结果显示,模型的内外符合精度能控制在cm级。     

利用球冠谐函数和时间序列分析预报南极地区电离层

利用球冠谐函数和时间序列分析实现了南极地区电离层预报。首先,通过南极地区的GPS实测数据提取高精度的电离层总电子含量,并建立了极区球冠谐函数模型;然后,对不同时间段形成的模型系数时间序列进行了谱分析得到周期项,利用傅里叶三角级数拟合并预报趋势项;最后,利用时间序列分析理论中的ARMA(p,q)模型对剔除了趋势项的随机信号部分进行预报。结果表明,一天内电离层预报精度在1TECU,三天内在1.5TECU。     

基于球冠谐分析的区域精密对流层建模

对流层延迟是影响GPS定位精度的主要误差来源。随着精度要求的提高,经验模型已经不能满足精密定位的需要,而世界许多地区建立的连续运行参考站系统为建立区域对流层模型提供了一个很好的契机。本文分析了常用的对流层区域实时模型方法的不足,提出了基于球冠谐 (SCHA, Spherical Cap Harmonic Analysis)的区域精密对流层模型。与常用的四参数模型进行对比分析发现,SCHA模型在内符合精度上有显著提高（RMS值在5mm内）,在外符合精度上比传统模型拟合效果提高了50%左右（RMS值在1cm内）。SCHA模型能更好的描述对流层的空间变化,适用于大区域对流层延迟实时建模。     

海洋局域地磁场球冠谐分析建模方法研究

本文研究了将球冠谐分析用于海洋局域地磁场建模的理论和方法,并对建模数据的质量控制、数据的代表性、球冠极点和半角的选择、模型截至阶数的确定、球冠谐分析建模中边界效应的影响和削弱等建模中关键问题进行了深入研究,最后提出了分区建摸的思想,并构建了高精度的地磁场模型。     

利用球冠谐模型研究GPS水准问题

本文是根据重力位在球冠面域内拉普拉斯方程解的表达式,尝试推导出了高程异常的球冠谐表达式,进而建立GPS水准高的球冠谐模型,该模型结合了重力位场的理论,考虑了水准高的物理意义,并且在同样分辨率下,相比球谐分析模型,系数大大减少。最后利用球冠谐模型对某测区GPS联测数据进行了试算,试算结果表明球冠谐模型对于解决GPS水准问题是可行的,并且得出了一些有意义的结果。     

南极威德尔海电离层异常的综合观测及分析

威德尔海异常是西南极沿海地区在夏季出现的电离层异常现象。本文用西南极地区的GPS跟踪站数据和测高卫星Jason-2数据,分别提取了陆地和海洋地区大范围的电离层TEC参数。GPS反演结果的优势是获取测站上空高精度的TEC时间序列,测高反演的结果整体与GPS的结果精度相当,虽然测高的时间分辨率较低,但其优势是获取海洋广大区域的TEC值。两种观测手段的研究区域互补,可以充分观测威德尔海异常在西南极的变化特征,从空间上来看,威德尔海异常出现在以别林斯高晋海为中心的广大区域,而威德尔海异常也是覆盖了西南极的别林斯高晋海、威德尔海以及可达80°S的西南极陆地区域。从时间上来看,出现时段在每年的10月底到次年3月初,夜晚电子密度增加,白天电子密度降低,随着太阳活动的增强,其异常程度也变大。     

地壳垂直形变场逼近的球冠谐分析法

基于地壳垂直运动的均衡理论,讨论了球谐函数法用于区域地壳垂直形变场逼近时所存在的问题,提出并推导了球冠谐分析法逼近区域地壳垂直形变场的模型.并利用该模型对两个实际区域进行了试验,取得了良好的效果.     

基于GPS的南极电离层电子总含量空间分布特征研究

利用南极区域内的中国中山站GPS常年跟踪站(ZHON)和国际GPS服务站GPS观测数据,计算出2000-2006年期间南极地区上空高精度电离层电子总含量值,分别对极光区内、极光区外、极隙、极盖区的电离层电子总含量进行分析比较.结果表明,极光区外的电子总含量峰值要大于极光区内,极光区内的电子总含量峰值又大于极盖区,而每日...     

球冠谐分析中非整阶Legendre函数的性质及其计算

局部重力场的谱方法是当前重力学的研究方向,该方法的核心问题是如何构造合适的谱函数以及如何对谱函数实施快速、有效的计算。当所研究的区域近似一个球冠时,迂冠谐函数是该区域对应的谱函数,它由非整阶勒让德（Ｌｅｇｅｎｄｒｅ）函数和三角函数组成,显然非整阶勒让德函数的构造和计算是研究球冠谐函数的关键。本文研究了非高小阶勒让德函数的性质和实用计算方法,包括如何对非整阶勒让德函数实施规格化处理。     

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。     

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。     

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。     

基于电离层线状变化特征的电离层建模方法

电离层变化主要受太阳活动和地磁活动的影响,研究发现受到地磁场作用,电离层内部电子在特定线状特征上的变化具备一定规律性,如经度方向的规律性强于纬度方向。基于此,提出了一种基于电离层线状变化特征的建模方法,选择具备特定地理位置约束（经线方向、纬线方向、磁力线方向）的站点,引入电离层高阶梯度变化,估计待求点电离层电子含量信息。实验结果表明,在DOY172地方时14时,地磁经度带和地理经度带的误差均值和标准差最优结果比地理纬度带的结果分别减小了72%、62%。从2014年整年来看,线性建模误差均值和标准差最优结果比面状建模误差均值和标准差分别减小了82%、49%。     

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。     

基于电离层经向分布特征的电离层拟合研究

反距离加权内插法是一种普遍使用的电离层总电子含量（total electron content,TEC）内插方法,但其受站间距影响较大,大范围内插值所需站点数量较多。针对同经向分布下的站点,利用电离层在同经度分布下具有从高纬度到低纬度递减的特征,对电离层TEC进行经向多项式拟合并内插。经统计,插值偏差的均方根（root mean square,RMS）在3 TECU以内,满足定位过程中对电离层延迟估计的要求,同时该方法扩大了站间距,实现了大范围内实时TEC内插。     

利用掩星技术研究南极地区顶部电离层特性

掩星观测能够提供地面到低轨卫星轨道高度处的整个电离层电子密度剖面,对于顶部电离层的研究有重要的作用。本文利用COSMIC(constellation observing system for meteorology ionosphere and climate)掩星数据反演了电子密度剖面,提取了F₂层峰值高度(hmF2)、F₂层峰值密度(NmF2)、垂直标尺高(vertical scale height,VSH)等电离层参数,研究了南极地区的F₂层在太阳活动周期内的变化、年际变化、周日变化等,并且重点分析了南极地区的顶部电离层的垂直结构特征,尤其是威德尔海异常在垂直方向上的变化。结果表明,整个南极的hmF2每日均值在250~300 km左右,NmF2每日均值在1~8×10¹¹ el/m³之间,VSH每日均值在100~250 km,威德尔海异常主要表现在顶部电子密度的增强和底部电子密度的减少。     

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。     

基于改进ARMA模型的电离层球谐模型系数预报

根据电离层球谐函数模型系数的特点以及各系数的重要性,采用改进ARMA模型对其13个系数进行预报。结果表明,基于新模型,将13个预报参数得到的电离层电子含量与欧洲定轨中心生成的电离层含量产品相比,预报精度能达到6TECU,而在中国区域精度则更高,能到达4TECU。选取10个IGS站做单频动态解算,水平方向精度与Klobuchar模型相当,高程方向则略高于Klobuchar模型,改进精度可达15%。