电离层闪烁对卫星导航系统性能影响的仿真分析

电离层闪烁是影响卫星导航系统定位性能的重要因素之一。通过仿真方法对中国区域用户定位性能受电离层闪烁影响的情况进行分析研究。结合电离层闪烁模型、卫星导航接收机模型和用户定位算法,仿真了中国区域内卫星导航系统用户在电离层闪烁存在情况下的定位精度性能。仿真结果表明：电离层闪烁将引起用户接收机测量误差的增大,在受电离层闪烁影响严重的中国低纬地区,用户定位误差将有明显增大,严重时可能出现定位异常。     

多GNSS监测下中国区域电离层格网模型可用性分析

多系统全球卫星导航系统(GNSS)的出现为天基增强系统(SBAS)电离层格网模型的性能提升提供了可能,但多系统GNSS测量对电离层格网模型性能提升是有条件的. 为此,利用中国区域GPS观测模拟分析了多系统GNSS测量对中国区域电离层格网模型可用性的影响. 结果表明:多系统GNSS测量可有效提高电离层格网模型的覆盖范围. 中国南方地区存在低纬赤道电离异常(EIA)现象,严重影响SBAS电离层格网模型实现性能,单纯增加GNSS测量不能有效应对低纬电离异常现象影响. 中国北方地区电离层延迟变化平缓,在多系统GNSS测量情况下可以考虑减少地面监测站数量,仍能保持系统原有性能.      

卫星导航增强中的电离层扰动影响研究——基于系统可靠性工程的视角

电离层扰动对全球卫星导航系统(GNSS)增强系统影响严重且复杂.现有GNSS增强系统电离层扰动分析方法主要基于中纬电离层环境设计，缺乏针对低纬地区扰动环境影响的针对性，为此提出利用可靠性工程方法开展增强系统电离层扰动影响研究.利用系统可靠性工程中的故障模式分析方法对GNSS增强系统中的电离层扰动影响进行分析，明确了不同扰动现象及其相应的影响机制.分析了GNSS增强系统中的电离层扰动检测方法，指出现有技术难以满足中低纬区域电离层扰动对增强系统复杂影响的分析、识别和检测需求，中国区域增强系统应开展针对性研究工作.     

电离层闪烁对全球导航卫星系统（GNSS）的定位影响分析

电离层闪烁是影响卫星导航系统定位性能的重要因素之一,中国南方区域是全球电离层闪烁多发区之一,开展电离层闪烁对卫星导航系统性能的影响研究具有重要意义。利用中国区域的电离层闪烁数据和GPS测量数据,对电离层闪烁情况下的用户定位性能进行了比较分析,发现电离层闪烁将引起用户定位误差的普遍增大,严重时可能出现定位异常,电离层闪烁对不同的定位应用方式具有不同程度的影响,电离层闪烁对卫星导航系统的多种影响是卫星导航系统的重要威胁之一。     

基于GIM的芦山地震电离层异常分析

利用IGS(国际卫星定位导航服务组织)提供的GIM数据对2013-04-20发生的Mw7.0芦山地震震区上空电离层信息进行了研究。选取震中附近格网点进行包络线法异常分析及通过绘制全球电离层异常图来分析异常。通过分析发现,震前存在明显的电离层异常,在4月14日即震前第6天存在异常;异常区域沿着赤道共轭分布,不断移动。通过分析地磁指数、太阳活动水平等信息量,发现电离层异常与地震有较明显的关系。     

2010-08-01太阳风暴对电离层及GPS测量的影响分析

利用GPS电离层探测技术分析了2010-08-01太阳风暴对全球电离层VTEC造成的扰动异常影响。受朝向地球的日冕物质抛射影响,08-03首先对北美地区电离层VTEC产生扰动异常,最大值达到15TECu。由于地球自转,发生电离层VTEC异常集中的区域会随太阳直射点向西移动,一般发生于其所在区域的地方时13:00～17:00。另外,还分析了此次太阳风暴对GPS观测数据质量及电离层高阶项误差的影响。结果表明,此次太阳风暴期间,GPS观测数据质量并未受到明显的影响,但使得L1、L2载波的电离层高阶项误差增大,误差影响达到cm级。     

NeQuick模型算法研究及性能比较

研究了NeQuick2算法改进及其实现方法,从不同角度分析了NeQuick2模型在全球区域和中国区域内的性能优势。一个太阳活动周期内,中国区域NeQuick2模型计算的电子总含量（total electron content,TEC）比NeQuick1模型精度有显著提升,改正精度与太阳活动水平具有较强的相关性,低年比高年的改善效果更为显著。以全球电离层数据（global ionosphere maps,GIM）为参考标准,中国中高纬区域太阳活动低年NeQuick2模型TEC的系统年平均偏差减少了76%,年平均均方根（root mean square,RMS）值减少了约72%。太阳活动高年NeQuick2模型TEC的系统年平均偏差减少了38%,平均RMS减少了13%左右,且中高纬区域改正精度优于低纬区域11%~13%。全球区域太阳活动峰值期间NeQuick2模型TEC比NeQuick1模型日平均偏差改善了25%,日平均RMS改善了30%左右。分别用NeQuick1和NeQuick2模型得出F₂层顶部区域在太阳活动峰值期电子密度随高度剖面分布,顶部电子密度剖面精度改善近40%。最后分别得出了两个模型中国区域中高纬地区E和F₁层区域在100 km、150 km和200 km高度的电子密度分布图,结果显示NeQuick2模型改善了电子密度分布状况,有效避免了NeQuick1在底部区域电子密度梯度不连续以及电离层异常结构的情况。     

由GPS探测的电离层时空变化分析

为了研究局部区域电离层的周期性变化,建立精确的区域性电离层预报模型,根据全球TEC的空间分布规律,将全球划分为四大区域。采用小波分析方法对CODE提供的1999—2013年间的电离层网格数据进行了周期性分析。分析结果表明,电离层存在着26.5 d,0.5 a和1 a的显著周期。其中,26.5 d周期全球范围内显著;0.5 a周期在低纬地区显著;1 a周期在高纬地区显著。利用最小二乘谱分析对各周期振幅进行了分析,结果表明,26.5 d,0.5 a,11 a这3个周期的振幅呈现着由赤道向两极递减的趋势;1 a振幅在中高纬地区较为明显;0.5 a振幅在北半球较大,而1 a振幅在南半球较大。除此之外,各周期振幅在局部区域有异常现象。     

顾及电离层改正精度信息的高精度单频单点定位方法研究

提出了将电离层改正量作为虚拟观测值,参数估计随机模型顾及电离层改正量先验信息的高精度单频单点定位新方法,并推导出该方法的数学模型。实测数据解算定位结果表明,新方法能够实现中国高、中、低纬区域的无初始化高精度单频单点定位,其平面精度为0.1~0.2 m,高程精度为0.3~0.5 m。     

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。      

Klobuchar模型和NeQuick模型在中国地区的精度评估

将CODE以及GPS广播星历提供的8个系数分别作为Klobuchar模型的输入参数,利用Klobuchar模型及NeQuick模型计算得到中国地壳运动观测网15个GPS基准站上2000～2008年的电离层VTEC序列,以欧洲定轨中心CODE提供的事后电离层产品作为参考标准,得到了两个模型在中国地区的精度评估结果。     

COSMIC掩星折射指数廓线的统计验证

以全球无线电探空数据和美国环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)预报模式为参照,对COSMIC数据分析与管理中心(COSMIC Data Analysis and Archive Center,CDAAC)提供的2007-06-01~2007-06-30的气象、电离层与气候星座观测系统(the constellation observing system for me-teorology,lonosphere,and climate,COSMIC)的GPS掩星折射指数廓线进行了统计验证。结果表明,掩星廓线的精度在高纬度地区最好,在低纬度地区最差。中、低纬度带掩星廓线相对于探空廓线有系统性相对偏差,该偏差在掩星廓线与NCEP预报廓线的比较中不存在,说明探空数据的质量是造成这种偏差的主要原因,这可能与不同地区所采用的无线电探空仪的性能有关。     

利用SCIAMACHY资料分析中国CH_4柱浓度分布

对基于SCIAMACHY传感器,WFM-DOAS反演的CH4柱浓度数据进行分析,分析了全国CH4柱浓度的时空变化,并对我国八大自然区的CH4柱浓度的时间变化规律作了研究。从研究结果分析得到,CH4柱浓度的空间分布,青藏区整体较低,在我国东部地区,CH4柱浓度随纬度的增加而降低;整体来看,CH4柱浓度夏季高,冬季低,有明...     

地基GNSS全球电离层延迟建模

为了对区域电离层延迟进行实时模型化,利用中国区域GPS实测资料,基于球冠谐函数模型、低阶球谐函数模型、多项式模型和Kriging内插方法,构建了电离层延迟模型。重点讨论了电离层垂直总电子含量(vertical total electron content,VTEC)的空间变异性、相关性的统计计算和Kriging内插估计方法,实现了中国区域VTEC格网实时建模。验证结果表明,高纬度地区VTEC拟合精度优于低纬度地区,Kriging内插估计和多项式模型结果的拟合内符合精度明显优于球冠谐函数模型和低阶球谐函数模型。但多项式拟合的格网,其方差则存在明显的边际效应,拟合区域中央精度较高,区域边缘地带精度明显下降;Kriging算法估计的格网点VTEC方差更符合实际情况,穿刺点多的地方,格网点精度较高。     

Effects of ionospheric disturbances on GPS observation in low latitude area

In this paper, ionospheric disturbance data from a local GPS network in Hong Kong (low latitude region) are studied in the solar maximum period (2001–2003). The spatial and temporal distributions of the disturbances in Hong Kong are investigated. It is found that strong ionospheric disturbances occur frequently during the solar maximum period, particularly around March and September, and concentrate at the region around geographic latitude 22°N (geomagnetic latitude 12°N). The effects of the disturbances on GPS geodetic receivers, such as loss of lock and measurement noise level, are also analyzed for the 3-year period. It shows that the measurement noise level and the number of losses of lock in GPS data increase dramatically during ionospheric disturbance periods. The behaviors of different types of GPS receivers during the disturbances are also compared.     

几种地基GPS区域电离层TEC建模方法的比较及其一致性研究

利用GPS实测资料实现了中国区域电离层电子含量建模,比较和评估了多项式模型、三角级数模型和低阶球函数模型的监测精度及存在的问题。研究表明,在平静电离层的条件下,多项式模型和低阶球函数模型拟合的精度较好,但前者存在明显的边际效应;三角级数模型在用于大区域拟合时精度较差;高纬度地区模型拟合的精度要优于低纬度地区。根据这些模型参数设置的特点以及电离层本身的变化分布规律,分析了这些差异存在的原因。     

卫星导航系统完备性指标SISA的计算和分析

根据GALILEO系统的完备性指标概念,采用基于轨道误差和卫星钟差协方差矩阵计算完备性指标的方法,利用GPS星历数据计算和分析了空间信号误差(SISE)和完备性指标(SISA)的变化和分布情况。结果表明,GPS卫星各分量中误差相差较大,对于不同的卫星应分别计算其完备性指标;不同GPS卫星的SISE随时间的变化幅度不同,呈明显的随机性;在中国区域内,SISA的变化具有一定的规律性,在低纬高经度地区SISA具有较小的数值,在同一高纬地区SISA的数值相近;针对GPS系统的SISA计算结果,GALILEO系统需大幅提高轨道和钟差预报精度才能满足生命安全服务要求。     

卫星导航系统完备性指标SISA的计算和分析

根据GALILEO系统的完备性指标概念,采用基于轨道误差和卫星钟差协方差矩阵计算完备性指标的方法,利用GPS星历数据计算和分析了空间信号误差(SISE)和完备性指标(SISA)的变化和分布情况.结果表明,GPS卫星各分量中误差相差较大,对于不同的卫星应分别计算其完备性指标;不同GPS卫星的SISE随时间的变化幅度不同,呈明显的随机性;在中国区域内,SISA的变化具有一定的规律性,在低纬高经度地区SISA具有较小的数值,在同一高纬地区SISA的数值相近;针对GPS系统的SISA计算结果,GALILEO系统需大幅提高轨道和钟差预报精度才能满足生命安全服务要求.     

印度洋及太平洋海表盐度时空特征分析

目前对印度洋和太平洋海表盐度变化的大尺度分析相对较少，Aquarius作为海表盐度的观测卫星，其观测数据在分析海表盐度时空特征时有着不可替代的优势。为了降低观测资料本身的误差对分析结果的影响，文本首先利用质量—距离双重加权方法生成新的高精度Aquarius网格化月均海表盐度场，并基于此盐度场和Argo资料对2011-09至2015-05印度洋及太平洋海表盐度的时空特征进行了分析。结果显示，盐度分布和纬度有明显的相关性，整体呈现低、高纬偏低，中纬偏高的态势，纬度极值随时间并没有很明显的变化，然而时间最大值随纬度的变化曲线呈现明显的以赤道为中心的近似中心对称分布特征。分析显示印度洋和太平洋盐度分布主要包括4个高盐区和4个低盐区，但每个盐度区的变化趋势与幅度不尽相同。