利用GPS组合观测值建立区域电离层模型研究

介绍了VTEC模型的基本原理，给出了三种利用载波相位观测值改善伪距观测值精度的方法，利用三种组合观测值分别建立VTEC模型，并与利用伪距观测值计算的VTEC模型的精度进行比较。     

一种精确估计区域北斗接收机硬件延迟的方法

提出了一种精确估计区域北斗接收机硬件延迟(DCB)的方法。该方法不需要传统复杂的电离层模型,在已知一个参考站接收机硬件延迟的条件下,利用正常情况下电离层延迟量和卫星-接收机几何距离强相关这一特点,采用站间单差法来精确估计区域内BDS接收机的硬件延迟。试验结果表明,该方法单站估计的单站北斗接收机连续30d的硬件延迟RMS在0.3ns左右。通过GEO卫星双频观测值扣除已知卫星DCB和本文方法估计的接收机DCB,计算对应穿刺点一天的VTEC并和GIM格网内插结果并进行比对分析,二者大小和变化趋势均符合较好,进一步验证了本文提出的方法具有可靠性。     

全球电离层时空变化特性分析

采用谱分析和小波分解的方法对全球电离层VTEC量的时空变化特性进行了分析。使用IGS中心发布的全球电离层网格图数据,分别从高中低纬度全年变化特性、南北半球全年变化特性、全球范围内随经纬度的变化特性对电离层VTEC进行了分析。结果表明,高中低纬度地区VTEC量具有周日和半周年变化现象,在二分点处存在峰值,南半球电离层较北半球电离层活跃,经度变化对VTEC值的影响较纬度变化大,总体上,太阳辐射是电离层活动的主要影响因素。     

附加GIM约束的全球电离层建模

针对目前地基GNSS台站在全球分布不均匀,导致南半球海洋和中高纬地区出现与实际不符的VTEC为负值的问题,利用IGS前1 d的最终GIM作为虚拟观测值对TEC可能为负值的地区进行约束,结合GNSS数据建立全球电离层模型(称为SGG模型),并用2014年200多个IGS台站数据对模型进行验证。结果表明,各台站VTEC的RMS优于3 TECu(赤道异常区域RMS在5~7 TECu)。同时SGG能有效消除南半球海洋(40°~90°S)VTEC为负的情况,且对原有非负VTEC几乎没有影响(其变化小于2 TECu)。SGG的卫星DCB与CODE 相比,RMS和MEAN分别优于0.2 ns和0.04 ns,不同纬度带SGG与CODE的接收机DCB估值变化基本一致,两者之差基本在1 ns以内。     

汶川M_s8.0地震前电离层VTEC的异常变化

利用地基GPS观测资料反演的垂直电子总含量(VTEC),本文考察了2008年5月12日汶川M_s8.0地震期间的电离层变化.在考察过程中,以前10天的VTEC均值和伴随的2倍标准偏差作为参考来识别电离层异常.最终的考察分析结果表明:(1)VTEC的异常增加出现在5月3日和5月9日,而VTEC的异常减小出现在4月29日和5月6日;(2)所有这4天的电离层VTEC异常持续时间均超过了4 h,且异常自东向西漂移;(3)相对于电离层的非扰动状态,在5次电离层异常的峰值时刻,震中附近VTEC增加或减小超过30%的空间区域沿经、纬向分别超过了4000 km和1500 km.鉴于地震期间的日-地空间环境和电离层VTEC异常特征,我们认为,5月3日下午和5月9日的VTEC正异常可能是本次汶川地震的电离层前兆.     

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2009年7月22日日全食期间湖北沙洋地区电离层扰动分析

发生在2009年7月22日亚太地区的日全食,为人们研究电离层扰动提供了一次难得的机会.基于沙洋地区采集的高频(1 Hz)GPS数据,通过对日食当天与前后几天电离层VTEC(Vertical Total Electron Content)的变化分析,结果显示日食期间电离层VTEC含量均呈现出一种先下降再上升的“水槽”变化趋势,且VTEC下降达到2～5 TECU,下降幅度达33.1％,VTEC的最小值与食甚时刻延迟为25.2～147.6 s.在日全食后期有中等强度的磁暴发生,与日食相互重合叠加共同对电离层VTEC变化造成影响,使得VTEC变化明显异于前后几天,最后定量的分析了磁暴对VTEC的影响.     

改进的修正预测法预报电离层

利用自回归移动平均ARMA模型的线性最小方差预测法预报电离层存在的主要问题是极值点处预测误差较大。通过对模型阶数上限及定阶准则的选取进行实验分析,确定了合适的模型阶数并建立了相应模型。修正预测法可利用新信息对线性最小方差预测法的预测结果进行修正。这是一种短期预报方法,每次向前预测一步即2 h,但结果并不理想。考虑到电离层变化的周期性,为了进一步减小极值点处预测误差,提出了改进的修正预测法。实验表明,改进的修正预测法预测结果与原始值符合较好。     

基于JSCORS的区域电离层时空特征分析

本文利用JSCORS中心提供的连续两天的GPS观测数据,以及现有的提取垂直电离层延迟改正VTEC的软件,采用格网技术和常规单层VTEC模型,内插计算出区域格网的时空数据,对所得数据进行处理分析,得出了江苏南京附近大气层中电离层较为明显的特征。文章总结了该区域电离层的时空变化特征,为后续研究电离层更加细化的特征及其在各方面的应用等提供了依据。     

f-3项与投影函数对电离层延迟的影响

依据Chapman正常电离层理论,构造Chapman剖面函数加权投影函数,给出VTEC三角多项式模型,并以武汉站2005年1月1日观测数据进行实例解算,分析电离层延迟f-3项、电离层单层高度、电离层投影函数形式等对电离层延迟的影响.