L波段电离层闪烁与TEC监测系统研制

介绍了我们研制的一种L波段电离层闪烁和TEC监测仪,并给出初步观测结果.文中提出了基于载噪比计算S4的方法和一种新的用TEC的标准差定义的闪烁活动指数.与GSV4004型GPS电离层冈烁和TEC监测仪在同一地点的对比观测表明,本文研制的监测仪测量得到的数据可靠,能够有效地监测电离层振幅/相位闪烁和TEC扰动现象.     

赤道地区L-波段电离层闪烁的形态特性

利用空间中心海南台站GPS电离层闪烁监测仪2003年7月到2005年6月两年间的观测资料,对太阳活动下降期间海南地区L-波段电离层闪烁特性进行了分析,主要分析结果表明:闪烁主要发生在日落后到午夜附近,其在春秋分附近出现的时间最早,集中出现于22LT左右,在冬季出现一定的时间延迟,在夏季出现的时间最晚,主要出现在午夜附近;闪烁的频率和强度春秋季明显增大,在冬季和夏季明显减小;闪烁主要发生于磁静日期间,这种情形主要集中于春秋分附近;电离层闪烁也可能发生于磁扰/暴期间,这种情形多发生于夏季和冬季期间.相对于地磁活动,太阳活动对闪烁活动的影响相对不明显.     

南极长城站周边地区电离层TEC变化特性

电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)是描述电离层电波环境特性的重要参量.利用GPS观测数据分析讨论了南极长城站周边电离层TEC环境的规则和扰动变化,结果表明:电离层TEC具有明显的威德尔海异常特征,夏季夜侧要高于日侧,其极大值出现在地方时5h前后,而冬季和分季则以地方时11 h前后为极大;电离层TEC负相暴在地方时12 h前后发生率极低,表现出所谓的"禁时效应";电离层TEC暴事件发生率随太阳活动性的增强而升高,且其在夏季为极小,两分季为极大;高达94.8％的电离层TEC暴事件发生伴随有较强的极光电集流AE(Auroral Electrojet)指数扰动,这预示着该地区电离层TEC暴变事件与极光亚暴活动有着很强的相关性.     

基于GNSS的武汉区域电离层TEC建模

为研究适用于区域电离层总电子含量(total electron content, TEC)建模的方法和估计策略,对传统单层假设下的几种建模方法和估计策略进行了比较分析. 基于我国中纬度武汉地区17个连续运行参考站的数据进行TEC建模,建模方法分别采用4×3阶多项式模型、2阶多项式模型、4阶球谐级数模型,估计策略使用分段常数估计策略和分段线性估计策略. 在传统单层假设的基础上,本文还提出了三层电离层TEC模型,该模型可以分别给出底部电离层、峰高电离层和顶部电离层的TEC. 研究结果表明,几种模型的天顶方向总电子含量拟合效果和欧洲轨道确定中心公布的电离层格网地图均具有较好的一致性,其中4阶球谐级数模型和分段线性估计策略效果最佳. 通过三层电离层模型,可以得到TEC与电离层高度之间的关系,多层电离层模型对空间目标监视和低轨卫星航天测控具有重要应用价值.     

2004年11月强磁暴期间中国地区电离层TEC扰动特性分析

利用28个全球定位系统(Global Positioning System, GPS)观测站获取的电离层总电子含量(Total Electron Content, TEC)测量数据, 分析了2004年11月一次强磁暴期间的中国中低纬地区电离层TEC暴扰动特性, 结果表明:电离层TEC以正相暴扰动响应为主, 中纬地区的暴变扰动要强于低纬, 以北纬35°附近扰动最为强烈; 暴时电离层空间相关性变强, 电离层相关距离由宁静日的约5 500 km提升到暴变日的约8 000 km; 在8日的主暴扰动期间, 发现伴有自东北向西南的电离层TEC暴扰动传播, 自东向西的经向传播速度约为120 m/s, 要高于纬向传播.初步探讨表明, 向赤道中性风、日侧东向急剧穿透电场以及喷泉效应等可能是导致此次电离层TEC正相暴在北纬35°附近扰动最为强烈的关键因素, 也进一步揭示了电离层与太阳风、磁层之间以及电离层不同纬度区之间有着复杂的耦合过程.     

低纬电离层闪烁对强磁暴的响应

利用武汉电离层闪烁和TEC的观测数据,分析了发生在2004年7月下旬和11月上旬的两次超强磁暴期间,GPS信号振幅闪烁和TEC起伏的响应特征,并对磁暴影响低纬电离层电波闪烁的机制进行了讨论。结果表明:强磁暴主相期间,L-波段振幅闪烁强度及闪烁出现率都显著增强,这种增强可归因为强磁暴引起的效应;闪烁活动的磁暴控制效应存在地方时依赖;暴时近赤道区电离层电场的极性和强度是磁暴主相期间闪烁活动及其强度增高的重要控制因素。     

电波大气折射误差精细化修正系统设计与验证

针对高轨卫星S/Ka频段厘米级高精度测距系统大气折射误差修正需求,设计了可工程化实现的大气折射误差精细化修正系统.系统主要通过基于微波辐射计的微弱微波辐射信号接收技术、自定标技术、湿延迟模型构建、折射率模型构建提高对流层环境探测精度,通过基于GNSS硬件延迟估计技术研究提高电离层环境探测精度,进而提升大气折射误差修正精度.在我国青岛、海口、昆明、拉萨及满洲里五个典型气候地区的试验数据分析表明：对流层折射率误差均方根偏差约为3.64 N单位,较大的地区为海口和青岛,分别为6.3 N单位和5.2N单位,且试验期间不同时刻的折射率误差差距较大,体现了沿海地区气候时空变化较为明显的特性;电离层垂直电子总含量平均值为1.19 TECU,较大的地区为昆明和海口,分别为1.4 TECU和1.92 TECU,体现了低纬度地区电离层变化较为剧烈的特性.大气折射误差精细化修正系统可以提供高精度的对流层、电离层折射修正值,验证内容和结果具有代表性,可以为高轨卫星高精度测定轨提供支持.     

一种基于LSTM与IRI模型的电离层层析TEC组合预测方法

电离层总电子含量（total electron content, TEC）作为评估无线电波穿过电离层时产生误差的主要物理量,对其准确的估算以及预测具有重要的研究意义.本文结合电离层层析算法反演重构的TEC数据,提出一种基于长短期记忆（long short-term memory, LSTM）与国际参考电离层（international reference ionosphere,IRI）模型的组合预测模型,实现了对欧洲上空平静态电离层的TEC预测,并与IRI梯度法、LSTM网络预测结果进行对比.实验结果表明：IRI梯度法提前1 h能够产生理想的预测结果,提前2 h与3 h的预测精度明显下降;LSTM模型在提前2 d的预测结果表现良好,但随着迭代预测时长的增加预测结果中出现较多异常值.统计误差显示,本文所提出的组合预测模型相比于IRI梯度法预测性能更为稳定,对单一LSTM模型修正效果明显,消除了预测结果中大部分异常值,有效提高了单一模型的预测精度.组合预测模型与实际层析TEC之间的预测均方根误差(root mean squared error, RMSE)为1.1 TECU,与欧洲定轨中心...     

基于频带分割法反演电离层TEC参数

星载合成孔径雷达(SAR)系统会受到电离层带来的相位影响,降低星载SAR系统成像质量,对低频段宽带星载SAR尤其明显。为了消除电离层对星载SAR带来的相位影响,基于陆地观测技术卫星2号(ALOS-2)星载SAR数据,采用距离向频带分割法来估计电离层电子总含量(TEC)参数。验证推导距离向频带分割法的最优估计精确度,并利用ALOS-2数据,采用距离向频带分割法反演得到二维电离层TEC参数分布,分析了距离向分辨单元数对反演精确度的影响。另外,分析了雷达图像不同区域采用距离向频带分割法的估计精确度。结果表明频带分割法具有很强的鲁棒性,可以有效地反演电离层TEC参数分布,同时距离向分辨力单元数和成像区域场景地形起伏也影响反演电离层参数的精确度。     

GPS TEC硬件偏差估计方法的有效性

以我国GPS广域差分系统(WAAS)电离层误差改正问题为背景，利用分布在不同纬度上的8个GPS台站2000年2日到60日连续59天的观测数据，评估了典型的GPS TEC硬件偏差求解方法的精度和有效性。结果表明，采用同样的求解方法，处理磁暴期间以及磁纬较低台站的数据得出的结果的稳定性明显下降。因此，在求解GPS TEC硬件偏差值时，审慎选择所利用的观测数据和方法是十分必要的。     

基于GPS观测值提取分析西南地区电离层TEC

为了能够准确监测西南地区电离层TEC变化规律,采用VBA编程创建宏的方法在Excel中提取GPS观测值,运用Matlab计算得到了西南地区TEC变化曲线,并对西南地区TEC变化规律进行分析.结果表明：北京时间12点至19点之间,西南地区电离层TEC值较高,峰值出现在14点至16点之间,并且变化比较活跃;在23点至7点之间,电离层TEC值较低,并且变化相对平稳;春秋两李TEC峰值要高于夏冬两季.     

GPS接收机测量电离层TEC的数据处理方法

介绍了应用ＧＰＳ卫星接收机ＳＮＲ－８Ｃ进行电离层ＴＥＣ观测的数据处理方法，并给出了部分数据处理结果。其中包括应用ＧＰＳ双频信号进行ＴＥＣ计算的原理，应用卫星星历参数计算各时刻电离层质心点的经度及卫星仰角和方位角，以及ＴＥＣ的周日变化，逐日变化及一次卫星通过时ＴＥＣ的时空变化结果，讨论了该方法的误差来源及与ＮＮＳＳ方法，法拉第旋转测量ＴＥＣ的比较。应用ＧＰＳ方法测量ＴＥＣ具有很大的优点，具有高精度及     

磁扰和磁静期间南极McMurdo地区电离层闪烁统计特征的对比分析

利用南极McMurdo站（地理经纬度（166.73°E,77.88°S）,地磁纬度80°S）2011-2014年电离层闪烁观测数据,对比分析了磁扰和磁静期间电离层闪烁发生率的周日分布、季节分布,以及随太阳活动变化的统计特征.结果表明:磁扰和磁静期间电离层闪烁的周日分布均在磁中午附近和磁子夜后出现峰值,而磁扰期的闪烁发生率显著高于磁静期,并且闪烁发生范围向低纬和高纬方向扩展;春秋季电离层闪烁发生率明显高于夏冬季,每年的2、3月份和9、10月份高发,冬季6月份发生率最低;磁扰期的季节性特征比磁静期更为明显,且闪烁发生范围、发生频率均明显大于磁静期;太阳活动对电离层闪烁的影响十分显著,随着太阳活动的增强,闪烁发生的范围和发生频率均明显增大.该研究结果有助于了解极区电离层闪烁的整体分布情况,将为极区电离层闪烁建模以及闪烁预报提供支持,对极区通信、导航定位等有着重要的应用价值.     

电离层中Ba和SF6复杂释放的电波传播效应研究

单一点源方式的化学物质释放, 一般仅能形成较简单的电离层扰动结构, 对电磁波的影响频段和影响程度都较为局限, 难以对甚高频(Very High Frequency, VHF)以上频段的无线电波产生显著影响.文章提出了一种Ba和SF₆两种不同性质物质组合的复杂释放方法, 并利用水平分层介质传播理论, 分别以150、400、1 000 MHz三个典型频率为代表, 估算了VHF、超高频(Ultrahigh Frequency, UHF)和L频段常用卫星电波信号穿越扰动区后幅度和相位的闪烁情况.仿真结果表明, 复杂释放方法产生的电离层扰动结构能够对VHF以上波段信号传播产生显著影响, 且信号所受影响随着频率的提高而变弱.     

利用闪烁和到达角起伏测量横向风速的对比研究

基于湍流冻结假说,利用时空相关函数分析了使用大气相干长度仪(DIMM)测量横向平均风速的原理,并通过闪烁和到达角起伏测量风速的路径权重函数确定风速传感器的安装位置。在弱湍流条件下,根据水平1 km传输实验测量的到达角起伏和光强起伏数据,分别计算横向风速并与风速传感器同时测量的参考风速对比,发现利用到达角起伏计算的风速与参考风速有一定的相关性。该实验拓展了大气相干长度仪的使用功能。