2018年8月磁暴期间北斗GEO卫星电离层TEC时空变化分析

基于北斗GEO卫星独有的静地特性,本文利用其观测数据提取电离层TEC进行磁暴期间电离层TEC时空变化研究。同时利用全球电离层格网图GIM值进行试验对比,结果表明：北斗GEO卫星提取的TEC与GIM模型值变化趋势一致,并且前者可更有效地监测电离层的细微扰动变化。在此次磁暴发生期间,亚太地区电离层TEC变化及扰动响应特征在纬度方向差异明显。其中南北半球较高纬度区域,电离层TEC在磁暴主相阶段主要表现为正响应扰动,而赤道及北半球较低纬度区域,电离层TEC在磁暴主相及恢复相阶段均产生了强度更大、持续时间更长的正响应扰动。结合现有研究,认为造成此次电离层异常扰动的激励因素主要为东向快速穿透电场的增强及热层中性成分的变化。试验结果也证明了GEO卫星可以精准有效地监测在磁暴发生时电离层TEC的变化规律及不同空间位置处TEC产生的扰动响应特征。     

磁暴期全球电离层电子含量变化分析研究

电离层电子含量(TEC)受太阳活动影响较大,磁暴发生时,TEC变化在全球范围内变化不一,研究该时期的TEC扰动变化情况对电离层的研究至关重要．本文以2015年3月特大磁暴为研究对象,利用包括北斗系统在内的全球卫星导航系统（GNSS）TEC数据和中国区域的电离层测高仪f _oF2数据,对此次电离层磁暴的扰动特性进行研究并讨论其可能的物理机制．      

地磁暴期间电离层扰动监测及GNSS定位性能分析

为分析磁暴期间电离层扰动规律及GNSS定位性能变化，基于国际GNSS服务(International GNSS Service,IGS)全球观测数据及全球电离层图(global ionospheric map,GIM)，对2018年8月26日地磁暴事件引发的北半球地区电离层总电子含量(total electron content,TEC)异常变化和GPS定位性能进行分析.结果表明：北半球TEC异常存在纬度差异，高纬地区响应快，低纬地区异常值变化大，达12 TECU；磁暴期间高纬地区观测数据周跳变化明显，周跳比数值与磁静日相比最大下降61.84%；磁暴期间所有测站数据完整率下降，高纬地区下降响应快，下降严重，达38.65%，研究区所有测站数据完整率下降出现在磁暴恢复相，数据质量与TEC异常变化规律较为一致；对GPS双频动态精密单点定位(precise point positioning,PPP)结果进行分析发现，磁暴期间高纬地区测站定位误差显著增大，水平和垂直方向均方根误差(root mean squared error,RMSE)增至约0.7 m及1.8 m.     

区域电离层TEC的变化研究

电离层延迟是影响全球卫星导航系统精密定位的主要误差源之一。本文介绍了常用的NeQuick模型和IRI模型,利用两模型进行了中国地区电离层TEC相关计算,将计算值与电离层参考值进行比较,得出了关于区域电离层TEC的有益结论。     

区域电离层TEC建模及其在磁暴上的应用

介绍计算卫星及测站硬件延迟的方法,采用低阶球谐函数模型进行系统组合硬件延迟的参数估计,选取欧洲区域内的10个IGS观测站,15 min实时解算一个VTEC模型,对解算结果的准确性和稳定性与IGS公布的结果进行比较,计算结果与IGS的计算结果一致。针对2015年3月17日发生的磁暴,利用经过硬件延迟修正后的电子含量,研究测站上空的电离层电子含量的变化情况,表明其能较好地反映磁暴现象。      

利用神经网络预报短期电离层TEC变化

利用神经网络,基于IGS提供的(40°N,115°E)网格点TEC数据,本文构造了该点处提前一天的TEC预报模型。神经网络模型的预测目标是待预测日一天内的12个TEC数值。输入参数包括预测日前一日的太阳黑子数、地磁Kp指数、预测日前27天的太阳黑子数三角函数拟合参数,以及预测日前2天16个Kp指数的多项式拟合参数。实验结果表明训练后的神经网络模型可以反映出不同季节的TEC周日变化以及地磁暴情况下的TEC特征。     

2003～2006年磁暴期间欧洲区域电离层三维层析及演变分析

基于IGS跟踪站的GNSS观测资料,利用电离层三维层析技术,对2003~2006年间3次不同类型强磁暴期间欧洲区域上空电离层电子密度的三维时空分布进行了反演,反演结果精细地反映了电离层电子密度的三维结构。通过对电离层扰动演变过程的分析,表明电离层扰动情况与磁暴发展过程一致,同时发现磁暴引起的电离层扰动具有显著的纬度效应。另外,随着磁暴的发展,电子密度极大值所在高度也会发生变化。研究分析表明,电离层电子密度三维重构图像可以直观清晰地反映各经度面、纬度面和高度面上电子密度的分布和演变情况,能有效地辅助分析电离层在磁暴发生期间的扰动情况。     

TEC浓度误差变化分析

电离层是大气层中的重要组成部分,但也是GPS测量误差中重要的影响因素,本文通过对电离层浓度分布研究,分析得出电离层的季节变化和在不同区域的变化趋势。     

GNSS电离层TEC和闪烁接收机监测

GAMIT／GLOBK是全球应用最广泛的高精度GPS数据处理软件之一,不仅在高精度定位方面得到应用,而且在全球地壳板块运动监测、电离层监测和GPS气象学等领域也得到广泛应用。本文介绍了在Windows7系统下实现Ubunru Kylin16.04桌面版系统的安装,并在Ubuntu Kylin系统平台下安装、更新最新版GAMIT／GLOBK10.60,并利用中国及其周边IGS站观测数据进行基线解算和网平差,验证了软件安装的正确性。      

基于地基GPS研究台风引起电离层TEC的变化特征

利用GPS研究电离层,具有其他探测技术所没有的全天候、高分辨率、大范围等优点.本文采用双频GPS数据提取区域电离层电子浓度总含量（TEC）,并结合全球电离层地理（GIM）数据,借助滑动四分位距法建立TEC背景值.研究了台风“莫兰蒂”对其经过区域及登陆地点电离层TEC的影响.分析表明,台风登陆厦门前一天,厦门地区电离层TEC发生了较强的正扰动,登陆后第二天,TEC发生了小尺度的负扰动;台风临近台湾岛前,东南沿海和台湾岛区域电离层出现了大范围的正异常扰动,其值为15～20 TECU,持续时间10 h.结合厦门和台湾岛的地形,推测此次TEC异常原因是由于台风所激发的声重力波传播到电离层高度,造成了电离层的异常扰动.      

全球电离层TEC数据统计分析与全局趋势分析

以IGS发布的电离层TEC数据为样本,通过三维图、等值线图、频率直方图等对数据进行统计分析,得出电离层TEC在时间和空间上的变化规律.对全球电离层数据进行球谐函数拟合,并通过分析找出其最合适的阶数.     

低纬度地区CORS服务电离层TEC的特点分析与比较

针对低纬度地区CORS服务实时定位精度和可靠性问题,对高中低纬度地区电离层扰动程度进行试验分析。试验表明,低纬度地区电离层活动比较活跃,在北京时间14:00—15:00之间电离层TEC出现峰值,即电离层活动最为活跃。为了获取可靠的实时定位精度、整周模糊度固定解及快速的初始化时间,建议网络RTK用户在此期间避开作业。     

电离层TEC的预测模型

电离层总电子含量（TEC）的精确预报对提高GNSS导航精度,保障无线电空间远程通讯具有重要作用。分析了IGS发布的电离层格网点总电子含量（TEC）的时间序列特点,基于时间序列分析理论,以AR模型对格网点TEC随机时间序列平稳化后建模和预报。实例分析表明,研究的预报技术和方法是可行的。     

利用GPS双频数据进行区域电离层TEC提取

目的 从利用GPS提取区域电离层总电子含量(total electron content,TEC)的基本原理出发,解决了伪距观测值优化以及硬件延迟(DCB)处理问题,并将提取的TEC信息与欧洲定轨中心(CODE)计算的全球电离层(GIM)模型内插值应用在单频精密单点定位中,进行电离层延迟改正实验。结果表明,利用本文提取的TEC值进行单频精密单点定位电(PPP)离层延迟改正时,点位精度能提高到0.2～0.4m左右,明显优于利用GIM内插值的改正精度。     

日本九州岛地震震前电离层TEC异常

采用IGS发布的GIM数据,提出了一种结合滑动时窗法和临近格网点电离层TEC相关性分析法的联合分析方法,研究了震前电离层异常变化与地震的关系。通过分析震区附近5个格网点TEC的异常变化情况,发现震前电离层TEC发生明显异常变化,且格网点之间的TEC序列相关性受地震显著影响;通过分析二维电离层图的TEC异常空间分布,发现震前三天震中附近分别出现6h、12h和6h的异常。最后利用电离层层析的方法,对电离层异常时刻进行了电子密度的反演,进一步分析了电子密度在电离层异常时刻的分布情况。     

电离层TEC建模与预测

基于时间序列分析的DDS(dynamic data system)法,以AR模型和CAR模型对电离层格网点进行建模并预测。实例分析表明,应用时间序列分析的AR和CAR模型对电离层格网点总电子含量进行预报,具有模型辨识过程简单、计算工作量小、便于上机实现、预测精度高等优点。与AR模型相比,CAR模型的预报效果更佳。     

基于GPS数据的地震前电离层TEC异常研究

选取印度洋区域7个IGS站,运用2004年12月26日印度洋地震前后共计25 d的GPS观测数据,计算出高时空分辨率的VTEC。综合考虑了太阳和地磁活动参数,运用统计分析的方法,详尽阐释了地震发生前TEC减小的电离层异常现象。     

2017年棉兰老岛Mw7.0地震前TEC异常分析

为缩短传统的震前电离层异常探测方法,如滑动时窗法和滑动四分位法的探测时窗长度,以及弥补异常数据直接删除的不足,文中利用平滑Z分法进行震前T EC值异常分析.采用滑动四分位法、滑动时窗法和平滑Z分法,对2017年菲律宾棉兰老岛地震震前15 d和震后5 d震中附近的4个点做了T EC值异常分析,结果显示3种方法在4个点均检...     

磁暴事件对高精度TEC二维分布的影响

电离层总电子含量(TEC)是电离层探测与研究工作的重要特征参量之一.利用地基GPS接收站台网,可以获得大量的垂直TEC数据.本文提出一种高精度TEC地图重构方法,基于Kriging法对垂直TEC进行插值处理,实现了亚大区域高分辨率TEC二维分布的重构,并与实测数据对比验证了本方法的精度和有效性.基于此二维分布,分析了区域TEC值随时间、纬度的变化情况;重点分析了磁静日与磁暴期间南北半球不同纬度TEC值的不同表现特征,并给出了磁暴期间不同纬度TEC的变化趋势所存在的差异及其解释,相关研究成果可为区域高分辨率电离层监测系统的建立提供方法支撑.     

改进的方差分析在电离层TEC短期预报中的应用

本文在研究了目前存在方法的基础上,将数理统计中的方差分析周期叠加外推法应用于电离层短期预报,并对其作了改进。采用IGS提供的电离层TEC数据作为原始数据比较了该方法改进前后的预报精度,分别利用中国区域内不同地理位置的40天的数据进行分析预报,预报结果显示改进后的方法预报精度可达到1.1TECU左右,优于改进前。改进后的预报效果依然与经纬度有关,在中国区域内随着纬度的减小、经度的增加,预报精度会降低。通过与目前常用方法比较分析,该方法预报结果精度较高、所需计算参数少、简单易行,可以较好地应用于电离层短期预报。