联合星地与星间Ka伪距的北斗三号卫星一体化定轨和时间同步

北斗三号卫星之间及卫星与锚固站之间在Ka频段的伪距测量为其提供了一种不依赖于地面监测站的独立定轨和时间同步能力。本文针对星间链路分时测量的特点,采用分段一次多项式对卫星钟差进行建模,直接利用原始的星地和星间单程Ka伪距实现一体化定轨和时间同步并同时解算锚固站设备硬件时延。利用北斗三号8颗卫星和2个锚固站的实测Ka伪距数据进行验证,结果表明:在利用导航电文的预报钟速信息进行修正的情况下,星间Ka伪距残差RMS为0.052 m;R方向卫星轨道确定和预报精度(RMS)分别为0.016、0.033 m;卫星钟差估计和预报精度(95%)分别为0.038、0.992 ns;解算得到的锚固站收发设备时延之和的稳定性优于0.5 ns。试验还展示了该方法的适应能力:在没有预报钟速信息的极端情况下,虽然星间Ka伪距残差RMS增大了242%,但R方向轨道确定和预报精度仍分别达到0.021、0.041 m,钟差估计和预报精度分别达到0.040、1.092 ns。     

京广空中廊道系统延误弹性测算与航空流运行结构分析

文章构建了一个多层次系统延误弹性测算框架,应用京广空中廊道24 h全部848架次航班实际航迹点数据,测算了单个航班延误偏差、系统延误累积量和系统延误弹性系数,分析了其与航空流运行结构的关系。结果表明：1）该空中廊道航班飞行过程中以延误产生为主且在低流量时段表现出延误吸收能力;沿线枢纽机场起飞航班延误均值普遍高于抵达航班,随枢纽机场等级提高和承载流量增加出现更高的航班延误均值和峰值振幅;以延误偏差>15 min标准统计,各汇流航线的延误概率和均值都高于沿线枢纽机场间直航航线,在该空中廊道贡献了正延误。2）整体呈现出中心航迹延误累积–外围航迹延误恢复的动态过程,大密度流量汇聚成为延误叠加累积的主要原因;3）系统延误弹性具有空间异质性,随机场节点间流量分散程度增加而显著提高,多样性可选路径引发积极的延误吸收而使其具有较强的延误恢复能力。4）航空流运行结构对空中廊道系统延误弹性的影响是通过中心航迹–外围航迹和航迹簇流量汇聚2个关键要素实现的,延误恢复是1个多路径选择的过程,航线重构策略优于固定航线策略。     

基于Newton法优化ARMA模型参数的船舶升沉运动预测研究

为解决波浪补偿系统中时延现象导致的控制性能下降问题,通过建立Newton-ARMA模型提前预测船舶升沉运动来消除时延现象。首先设计卡尔曼滤波器对船舶升沉运动加速度信号进行降噪滤波处理;然后使用加速度二次积分模块将加速度信号转换为位移信号;最后建立自回归滑动平均(ARMA)模型,并使用牛顿(Newton)法对模型参数进行优化,得到船舶升沉运动的Newton-ARMA预测模型。仿真结果表明,Newton-ARMA模型对船舶升沉运动的预测时间可达10 s,预测误差随着预测时间的增加而增大; Newton-ARMA模型对二级海况、三级海况和四级海况下的船舶升沉运动平均预测精度分别达到89.43%、88.53%以及87.78%,远高于ARMA模型对船舶升沉运动预测的精度,说明采用Newton法优化ARMA模型参数可以显著提高船舶升沉运动的预测精度,也即Newton-ARMA模型对控制波浪补偿系统时延具有较好的补偿效果。     

基于GPS观测分析青岛地区电离层板厚变化特性

基于青岛站2000年8月至2006年4月间半个太阳活动周的GPS和测高仪的同步观测,提取期间的电离层TEC和f_oF_2的小时观测数据,联合分析该地区电离层板厚的日变化、季节变化和随太阳活动变化,研究表明青岛地区电离层板厚在日出前时段出现明显的增强峰,并随季节和太阳活动呈现出较复杂的变化关系.利用板厚的相对偏差,探讨了电离层板厚扰动变化分布特征.     

融合大气数值模式的高精度对流层天顶延迟计算方法

针对现有对流层天顶延迟模型改正法因水汽参数难以精确获取所导致的时空分辨率与精度上的不足问题,提出了一种融合WRF(weather research and forecasting model)大气数值模式的对流层天顶延迟估计方法。通过分析WRF模式的数值模拟机理及其数据结构特征,采用直接积分与模型改正相结合的混合计算方式,实现了全球任意位置上小时级的对流层天顶延迟估计。验证结果表明,该方法计算的小时级ZTD再分析值精度为13.6mm,日均值精度更是可达9.3mm,比传统模型UNB3m的49.6mm以及目前标称精度最高模型GPT2w的34.6mm,精度分别提高了约5倍和3.5倍。在30h的预报时段内,预报值精度也可达22mm。无论是ZTD再分析值还是预报值比现有模型的估计值精度均有明显提高。     

基于数据融合的电离层VTEC反演精度分析

随着空间目标活动和卫星导航系统的增多,观测电离层数据的途径越来越多,探测精度也越来越高.在Kalman滤波的基础上,利用2016年的国际参考电离层(IRI-2016)模型中电离层垂直电子含量(Vertical Total Electron Content, VTEC),结合地基反演得到的VTEC值,利用数据融合算法提高电离层VTEC的近实时反演精度.针对加拿大附近高纬度区域(130°W–150°W, 60°N–70°N)、朝鲜、韩国和日本周边中纬度区域(115°E–135°E, 32.5°N–42.5°N)、洪都拉斯和危地马拉附近低纬度区域(80°W–100°W, 10°N–20°N)进行了观测,比较发现地基反演和数据融合技术得到的电离层VTEC精度都比较高,但是数据融合得到的电离层VTEC在3个区域的精度都明显更好.该算法能够很好地应用在地面基准站数量较多的区域,同时也能应用在地面基准站数量较少或者海洋、沙漠等布设地面基准站不方便的区域,提高电离层VTEC的精度.     

2016-12-25智利MW7.6地震震前电离层TEC异常探测

使用IGS发布的GIM数据,利用奇异谱(singular spectrum analysis, SSA)和四分位距法(inter quartile range, IQR)对2016-12-25智利MW7.6地震进行震前电离层异常探测。 研究表明,2种方法探测到的电离层主要异常特征基本一致,在震前4 d和震前7 d分别探测到明显的正异常和负异常,电离层异常自东向西移动,峰值点出现在震中附近,且震前4 d共轭区域出现明显的电离层正异常变化。相较于IQR探测,SSA探测突出了电离层主要的异常时间段和空间异常特征,但幅度和范围偏小,两者互为补充,可以探测出更加明显的地震电离层异常效应特征。由于距发震时间较短,在排除外界环境干扰因素后,认为此次电离层异常可能由智利地震引起。
     

综合伪距相位观测的实时电离层延迟格网改正算法研究

针对北斗广域差分系统实时电离层延迟格网改正信息是基于伪距观测计算,而相位观测值具有更高的观测精度,提出伪距数据结合相位历元间差分数据综合解算电离层延迟的算法。基于陆态网GPS实测数据对该伪距相位综合算法进行实验验证,结果表明,综合伪距相位算法相比单纯伪距法可以获得平滑、稳定、精度更高的站星斜路径方向电离层延迟值。在此基础上,全天所有实时电离层延迟格网的内符合精度平均提高30.2%,外符合精度平均提高27.8%。     

确定卫星与接收机信号延迟偏差的新方法及其应用

单频ＧＰＳ接收机用户通常需要进行电离层延迟改正,电离层延迟改正量通常来源于电离层延迟改正模型或双频ＧＰＳ基准站信息,后者即是利用双频ＧＰＳ观测值估计电子含量总数,求解电离层延迟改正量。利用双频ＧＰＳ观测值估计电子含量总数,一个关键总是是去掉卫星与接收信号延迟偏差。     

Observations of Pc 3–4 and Pi 2 geomagnetic pulsations in the low-latitude ionosphere

Day-time Pc 3–4 (≃5–60 mHz) and night-time Pi 2 (≃5–20 mHz) ULF waves propagating down through the ionosphere can cause oscillations in the Doppler shift of HF radio transmissions that are correlated with the magnetic pulsations recorded on the ground. In order to examine properties of these correlated signals, we conducted a joint HF Doppler/magnetometer experiment for two six-month intervals at a location near L = 1.8. The magnetic pulsations were best correlated with ionospheric oscillations from near the F region peak. The Doppler oscillations were in phase at two different altitudes, and their amplitude increased in proportion to the radio sounding frequency. The same results were obtained for the O- and X-mode radio signals. A surprising finding was a constant phase difference between the pulsations in the ionosphere and on the ground for all frequencies below the local field line resonance frequency, independent of season or local time. These observations have been compared with theoretical predictions of the amplitude and phase of ionospheric Doppler oscillations driven by downgoing Alfvén mode waves. Our results agree with these predictions at or very near the field line resonance frequency but not at other frequencies. We conclude that the majority of the observations, which are for pulsations below the resonant frequency, are associated with downgoing fast mode waves, and models of the wave-ionosphere interaction need to be modified accordingly.