一种基于传统MART的电离层层析新算法

层析算法研究是电离层层析技术的关键。针对传统的乘法代数重构算法(MART)存在精度不高的问题,提出了一个改进的电离层层析算法(IMART)。该算法一方面将像素内的截距值与电子含量作为组合量,构造了新的组合量;另一方面改变了松弛因子的获取方式,削弱了噪声对反演结果的影响。利用GPS实测数据,对该算法的可靠性和优越性进行了仔细验证。根据统计分析和定量比较的结果,发现该算法表现出显著的重构精度且相较于其他经典层析算法有18%的提高。     

夏季磁静日中国大陆上空电离层电子浓度变化特征

使用DEMETER卫星上Langmiur探针记录的电子密度(Ne)资料,分析了2007年6月6～20日磁静日中国大陆上空(0°～70°N,60°～120°E)660km高度的Ne变化特征.结果表明,整个研究区域Ne存在明显日变特征.在研究区域内,0°～20°N范围,Ne最大值出现在北京时的12～14时,随着时间推移.峰值幅度衰减;30°～50°N区域内,最大峰值分别出现在20时至次日2时,有些轨道出现双峰值;高纬度上Ne基本平衡在20000cm<'-3>左右.分别计算了30°N、40°N和50°N几个纬度点的时均值,结果显示在中纬度区夜间Ne变化幅度平均高于白天.40°N上Ne在21～22时呈现最大值,300N上Ne在13～14时呈现最大值,50°N基本无大的起伏,都与低纬度地区有明显差异,因此不同纬度之间形态各异,各纬度之间没有统一的背景信息.相邻轨道之间的相关性分析结果表明,与参考轨道相邻近的1～2条轨道相关系数比较高,因此选定2000～4000km范围进行背景场分析研究.     

普洱地震前电离层电子密度扰动变化研究

挑选普洱地震前邻近地震震中的3条轨道的电子密度（Ne)数据,分析其1年内的所有重访轨道,并提取了这次地震前的Ne前兆异常. 结果表明:① 夜间电离层Ne存在明显的季节变化,4个季节呈现了各自不同的变化形态;② Ne的主要变化形态有3种,即单峰、马鞍和平缓状,这些形态在各个季节都可能出现,但每个季节有相对集中的形态;③ Ne空间图象在震前30天内在震中区附近形成高值,异常信息在空间和时间上都与地震分布有很好的相关性,反映空间出现的异常信息确与本次地震有关;④ Ne重访轨道曲线形态有一定的相似性,可以为识别判定地震异常提供背景信息.      

面向电离层反演的参数平滑迭代层析方法

层析是电离层三维结构反演的重要技术.增加约束可缓解层析模型的病态问题.然而,迭代层析中,大量无射线穿过的网格易对施加的约束产生与真实意图相违背的约束结果(称负面约束).针对该问题,提出了一种参数平滑的迭代层析方法(iterative tomography method via parameters smoothing, ITPS).每次迭代中,先用Chapman函数及最小二乘法拟合及改正每一垂直剖面,获取关于Chapman函数参数的二维图像,然后用移动窗口法平滑各参数图像并以此改正各网格的电子密度.实验表明：ITPS方法可一定程度上减少负面约束并抑制层像的扰动.相对于MART和CMART算法,ITPS方法在垂直剖面、F2层临界频率(f_oF₂)、F2层峰值高度(h_mF₂)、斜电子总含量(Slant Total Electron Content, STEC)及h_mF₂以上电子密度等方面均具有更佳的表现.相对于精度较高的CMART算法,ITPS方法在f_...     

中国电磁监测试验卫星朗缪尔探针数据反演方法研究

朗缪尔探针是目前国际上广泛应用的一种空间等离子体环境就位探测技术.中国电磁监测试验卫星上搭载的朗缪尔探针,是我国首次将探针技术应用于星载平台.本文基于电磁监测试验卫星朗缪尔探针的观测原理及Irving Langmuir等提出的近似理论公式,针对朗缪尔探针的仪器特点,提出了等离子环境下朗缪尔探针观测数据的简化反演方法,并依据朗缪尔探针鉴定件的等离子体罐试验数据对该方法进行了比较验证.结果表明,该数据反演方法的效果较好,可以作为电磁监测试验卫星朗缪尔探针观测数据反演的基本方法,并为后续数据处理提供技术基础.      

利用地基观测对卫星观测电离层结构参数的定量验证研究

本文采用散点图、趋势线、相关系数及观测偏差等统计方法,利用COSMIC卫星和SPIDR提供的垂测仪观测的F₂层峰值电子密度数据,开展了综合统计及按季节、地方时和纬度的分类统计.统计结果显示:地基垂测仪与卫星观测到的相应的F₂层峰值电子密度数据具有很高的相关性,两者之间的相关系数高达0.95,相对偏差的平均值为-3.38%,标准差为19.54%.基于上述研究结果,提出了利用地面垂测仪观测数据验证卫星观测的电离层结构参数的方法,并给出了定性的判别依据和定量的判别标准,可在我国电磁监测试验卫星发射后,为F₂层峰值电子密度观测数据的真实性和有效性提供检验方法和保障.      

2002年10月Millstone Hill地区电离层暴时特性研究

磁暴期间电离层行为是电离层物理的重要研究内容.本文利用美国Millstone Hill非相干散射雷达以及GPS-TEC数据资料,分析了2002年10月13-17日和22-26日磁暴事件期间电离层电子密度响应在不同高度存在的差异.结果表明：正、负相暴电子密度的变化幅度随高度变化趋势相同,但不同高度上响应的时间、相位和幅度存在差异;负相暴最大变化幅度所在高度值同静时峰高值非常吻合,二者有很好的线性关系,但正相暴最大变化幅度所在高度值同静时峰高值无关,波动较大,意味着电离层正相暴响应更易到达各个高度上;特别地,22-26日负相暴在能量初次耦合进入电离层时高高度有极小的变化,其最大绝对变化量仅为低高度的4%.大气成分和风场的共同作用是两次负相暴发生的主要原因,但前者成分效应明显,后者动力学作用明显,有时甚至700 km以上电离层的贡献也是不可忽略的.     

IRI2016参考电离层模型在高度60～100km的精度分析

60~100 km低电离层对无线电传播、测量具有重大影响。IRI2016作为目前最新的国际参考电离层模型,研究其提供的电子密度在高度60~100 km的精度具有重要实际意义。本文以廊坊中频雷达(位于中纬度地区)提供的电子密度资料(2014—2016年)为基准,利用偏差、绝对差、相关系数、相对偏差和Lomb-Scargle周期图方法,定量分析了IRI2016模型电子密度在中纬度地区60~100 km高度范围内的精度特征。结果表明,在中纬度地区60~100 km高度范围内:①电子密度偏差、绝对差、相对偏差与季节有密切关系,在高度86~100 km,随高度增加均快速增大;相关系数同样与季节有密切关系,但随高度增加表现出增大、减小的交替变化特征;②IRI2016模型电子密度精度与太阳活动、地磁条件有关,在太阳活动低年、磁宁静条件下的电子密度精度最高;③中频雷达和IRI2016模型电子密度在82~84 km均显著(通过90%显著性检验)含有准全日潮汐波、准8 h重力波,同时IRI2016模型还显著含有准半日潮汐波,而中频雷达未显著含有准半日潮汐波;在86~92 km均显著含有准全日潮汐波、准半日潮汐波,无准8 h重力波;④中频雷达、IRI2016模型电子密度在同一高度层显著含有的波周期及功率谱存在差异,不同高度层之间显著含有的波周期及功率谱也存在差异;⑤对于高度82~92 km的中频雷达、IRI2016模型电子密度变化特征,准全日潮汐波均为主要作用,准8 h重力波在82 km为次要作用,而准半日潮汐波在86~92 km为次要作用。     

由非相干散射雷达数据重建极光沉降粒子能谱

本文研究了由极区地面雷达电子密度高度剖面测量数据重建极光沉降粒子能谱的基本原理和方法.在4～30 keV能量范围内,重建结果与FAST卫星实测数在数值水平和变化趋势上基本吻合;在地磁平静和磁暴期间,重建获得能谱特征与前人研究结果相一致.该方法开辟了获取沉降粒子能谱特征的一条新途径,可以弥补卫星能量粒子观测数据磁地方时分辨率的不足,对于建立空间环境扰动模式具有重要的学术意义和应用价值.     

北极区低电离层加热效应的数值模拟研究

从等离子体能量守恒方程和连续性方程出发,以国际参考电离层(IR I2000)和大气模型(MSIS)为背景,通过数值方法模拟研究大功率无线电波对北极低电离层的电子密度和电子温度的扰动效应。结果表明,在外加强电磁场作用下,电离层等离子体中的带电粒子(主要是电子)动力学温度得以升高而产生等离子体温度扰动;由于电子温度升高,等离子体碰撞频率增加且电子的复合系数减小,诱发电子密度扰动;电子密度和电子温度的扰动幅度随着加热时间的推移而减小,即扰动趋于饱和;电子密度扰动的弛豫时间较电子温度扰动的弛豫时间大;在泵波频率大于电离层临界频率的条件下,泵波频率越高,其激发的电子温度和电子密度扰动效应也就越弱。