基于BDS/GPS数据的中国及周边地区电离层暴层析成像研究

随着我国BDS的逐步建成,其在电离层监测上的应用也在逐步拓展. 凭借卫星类型多样性的特点,BDS卫星数据在电离层监测上可能比GPS卫星带来更多的优势,但能否改进电离层层析成像结果仍值得进一步研究. 文中基于GPS数据电离层层析算法,把BDS中的地球同步轨道（geosynchronous orbit, GEO）卫星、倾斜地球同步轨道（inclined geosynchronous orbit, IGSO）卫星和中轨轨道（medium earth orbit, MEO）卫星数据与GPS数据融合,对2017-09-07—09电离层暴期间中国及周边地区（15～55°N, 70～140°E）上空电离层进行重构. 首先借助SA418和WU430测高仪数据分别讨论了单星座（GPS）与双星座（GPS+BDS）层析对电子密度反演的精度结果;其次对2017-09-08两个扰动最强烈时段的电离层成像结果,包括电子密度剖面图与总电子含量（total electron content, TEC）分布图进行深入研究. 研究结果表明:BDS卫星数据不仅可以改进垂向精度,还可以提高对电离层异常结构的反演精度,融合了BDS数据的电离层层析技术能较为准确地重构出本次电离层暴期间出现在中低纬度的等离子体泡.     

极区电离层闪烁特征初步分析

介绍了中国在极区的电离层闪烁观测研究工作,通过对Sodankyl(a)和Tromsφ两个观测站2004年3月至2008年9月期间的电离层闪烁观测数据的统计分析,给出了太阳活动低年该地区电离层闪烁的变化特征:随着太阳活动程度的降低,闪烁事件明显减少;由于极区与低纬地区电离层闪烁产生机制不同,极区闪烁形态主要表现为相位闪烁,幅度闪烁很少;极区闪烁不只是发生在地方时的晚上,白天也会有闪烁出现;并且,极区闪烁对季节没有明显的依赖关系,可发生在任何季节;但是,极区闪烁事件对地磁活动存在明显的响应.     

基于GPS层析反演和斜向返回探测反演的电离层二维电子密度重构

GPS层析反演和电离层斜向返回探测反演可以给出电离层大尺度2维电子浓度分布,该文基于3次电离层垂测、GPS层析探测和斜向返回探测的实验结果,比较了GPS层析反演和电离层斜向返回探测反演得到的大尺度电子密度2维分布。结果表明GPS层析和电离层斜向返回探测都能较好地重构电离层电子密度分布,反映电离层大尺度的空间结构。通过和电离层垂测结果的比较,表明GPS层析和斜向返回探测反演得到电离层F2层最大电子密度和峰高具有较好的精度。     

多站多路径GPS信号研究低纬电离层不均匀体

发展了GPS信号的多站多路径监测方法,对我国低纬地区电离层不均匀体特性进行了研究.多站观测统计分析表明,尽管太阳活动已下降到中等程度,但电离层闪烁现象在位于赤道异常区的海口、广州等低纬地区仍经常发生,尤其在二分季前后闪烁发生率明显增大,且闪烁强度较大;通过GPS信号的多站多路径监测还发现,电离层不均匀体在东经105°～120°间,北纬27°以南区域出现频繁,而且在北纬23°以北区域的不均匀体易衰减并首先消失,在北纬20°～23°间区域内则会持续较长时间;进一步分析其闪烁功率谱,计算出了不均匀体的东向平均漂移速度.     

强太阳活动引起的电离层暴群及“暴群”的中低纬特性

本文介绍了１９８９年３月一个罕见的强太阳活动区多次暴发引起的强烈电离层“暴群”，结合源耀斑等级、位置、总结了其日面位置自东向西旋转时，电离层暴群形态的规律变化，证实电离层暴扰动强度与耀斑位置有明显的中心子午线效应和东西向不对称性，综合１１５°部分地磁子午台链的北向分量和历史上的２次磁暴和４次电离层暴形态的分析，得到了暴群的中低纬特征，并对“弱扰动槽”的形成机制作了定性讨论。     

不同行星际磁场南向事件引起的中纬电离层暴

分析了三次不同类型行星际磁场南向事件引起的北半球中纬地区电离层暴的演化特性.结果表明,该区域内电离层暴的演化与行星际磁场南向分量的固有特性密切相关.1978年9月29日的事件,南向磁场强且持续时间长,各台站电离层暴的正负变化特征明显;1981年7月25日的事件,磁场强但不稳定,南北向翻转快,电离层暴变化剧烈且形态复杂;1978年1月4日的事件,磁场弱,电离层暴以正相为主.     

暴时行星际穿透电场与电离层效应的卫星观测

联合利用Geotail卫星、ROCSAT-1卫星和DMSP卫星等观测数据,分析了2000年7月15-16日超强磁暴期间行星际穿透电场的特征及低纬电离层响应。研究得到以下主要结果:1)磁暴主相期间,位于近地太阳风中的Geotail卫星观测到行星际电场晨昏分量迅速增强达60 mV/m,与此同时,ROCSAT-1卫星在低纬电离层中几乎即时地观测到垂直于磁场的离子向上漂移速度达300 m/s以上,表征行星际电场穿透至低纬电离层。分析表明:在正午和黄昏扇区穿透电场为东向,引起低纬电离层离子向上漂移,穿透效率约为13-19%;而在午夜前扇区,穿透电场极性相反,使离子向下漂移,穿透效率高达30%;行星际电场穿透持续时间达3小时以上。2)磁暴期间,低纬电离层发生剧烈变化。GPS/TEC观测显示美洲扇区黄昏附近的中纬度电离层发生SED现象、同时DMSP卫星观测到纬度范围大大扩展的电子密度深度耗空的赤道区等离子体槽、ROCSAT-1卫星观测到暴时离子密度变化呈现较复杂的图像。     

长基线GPS电离层修正方法研究

针对双频GPS在长基线测量中精度要求高的问题,提出了采用双频修正法修正电离层延迟误差的方法,同时利用双频伪距观测值来进行周跳检测,经过电离层延迟误差修正和周跳检测,可有效提高GPS测量数据处理精度。试验数据处理结果表明,在长基线测量的情况下,文中修正后的方法较传统方法具有更高的精度。     

辛时域多分辨率算法在波导结构仿真中的应用

文中基于Daubechies紧支撑尺度函数的辛时域多分辨率(symplectic multiresolution time-domain,S-MRTD)算法,在时间方向上采用优化的3级3阶的辛算子进行离散,以减少时间步的迭代次数,在空间方向上采用小波尺度函数展开算法进行离散.给出了S-MRTD算法的三维迭代公式,并将其...     

多数据源电离层层析成像方法

卫星信标电离层层析成像（CIT）是一种高度不适定性问题,有限视角、稀疏布站等原因造成电离层CIT数据采集严重不完整,CIT结果精度不高,尤其是垂直误差可达50 km以上。为了解决CIT结果精度不高的问题,提出一种融合地面垂测、斜测数据、顶部探测仪数据和三频卫星信标数据的多数据源电离层联合CIT方法。该方法采用建立在实测数据基础上的迭代初值,与实际偏离较小,能够提高CIT反演结果的精度;同时地基设备和顶部探测设备有较高的垂直分辨率,与卫星信标结合能够有效解决有限视角问题,提高CIT结果的垂直分辨率。     

Ionospheric tomography using GNSS reflections

We report a preliminary analysis of the impact of Global Navigation Satellite System Reflections (GNSS-R) data on ionospheric monitoring over the oceans. The focus is on a single polar Low Earth Orbiter (LEO) mission exploiting GNSS-R as well as Navigation (GNSS-N) and Occultation (GNSS-O) total electron content (TEC) measurements. In order to assess impact of the data, we have simulated GNSS-R/O/N TEC data as would be measured from the LEO and from International Geodesic Service (IGS) ground stations, with an electron density (ED) field generated using a climatic ionospheric model. We have also developed a new tomographic approach inspired by the physics of the hydrogen atom and used it to effectively retrieve the ED field from the simulated TEC data near the orbital plane. The tomographic inversion results demonstrate the significant impact of GNSS-R: three-dimensional ionospheric ED fields are retrieved over the oceans quite accurately, even as, in the spirit of this initial study, the simulation and inversion approaches avoided intensive computation and sophisticated algorithmic elements (such as spatio-temporal smoothing). We conclude that GNSS-R data over the oceans can contribute significantly to a Global/GNSS Ionospheric Observation System (GIOS).     

Ionospheric radio tomography based on the GPS/GLONASS navigation systems

The specific features of the problem of ionospheric radio tomography based on the data from high-orbital navigation systems such as GPS and GLONASS are considered. An approach to solving this problem, which implies finding the solution with the minimum Sobolev’s norm (i.e., the smoothest solution) is proposed. The possibilities of the proposed approach are studied by numerical modeling with the use of real geometry of high-orbital satellite constellation and the layout of the receivers. The modeling shows that the proposed approach is very efficient in the regions with a sufficiently dense network of receivers. The resolution of possible radio tomographic systems over the territory of Russia is estimated. Examples of radiotomographic reconstructions of the ionosphere obtained from real high-orbital satellite data for the European region are presented.     

电离层不均匀性对GPS系统的误差影响分析

在ＧＰＳ定位误差分析中，对电离层误差大多只考虑了折射效应，采用双频技术即可消除折射一阶项的影响，更进一步的误差分析通常是考虑电离层折射的高阶项（主要是二阶项）。但均未考虑电离层不均匀性对ＧＰＳ系统误差的影响。本文根据波在电离层随机介质脉冲平均到达时间的理论结果，对ＧＰＳ信号穿越电离层的情况进行了模拟计算，在得出了典型背景电离层参数条件下折射一阶项、二阶项引起的ＧＰＳ信号延迟误差的基础上，重点讨论了     

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     

Neural action potential detector using multi-resolution TEO

Detection of action potentials in background noise is the first step to many neural researches including neural prostheses. The detectors using a Teager energy operator (TEO) are very simple and efficient, but sensitive to the background noise spectrum. A new detector using a multi-resolution TEO (MTEO) provides considerable improvement     

关于海洋大数据技术开发平台研究

基于星载船舶自动识别系统（automatic identification system, AIS）法拉第旋转角的测量原理,提出一种计算全球电离层电子总含量（total electron content, TEC）的新方法。通过“天拓五号”卫星上搭载的AIS接收机和极化天线,利用极化天线接收到的功率信息计算出法拉第旋转角,通过TEC与法拉第旋转角之间的转换关系反演出TEC值,并基于Kriging方法估算出的TEC值进行区域TEC地图的构建。结果表明,利用本文方法测量出的TEC值与IGS探测到的TEC值最大误差比例为10%左右,误差一般在0.3～0.8 TECU,估计值与IGS探测到的TEC值最大相差1.5 TECU。估算结果与IGS探测得到的TEC值具有很好的一致性,验证了本文方法的可行性。     

电离层改正模型对GPS共视时间传递的影响分析

本文以2016年001~010 d的观测数据,分析了广播星历的电离层模型、全球格网电离层模型、消电离层组合模型三种不同的电离层模型对4对IGS站间GPS共视时间频率传递的影响。结果表明,广播电离层模型模式下GPS共视时间频率传递的RMS值最大,表明精度最差;电离层格网模型模式下RMS值较小,表明精度比较高,消电离层组合模型模式下除了NANO跟ALBH的站间RMS值大外,相应的精度较差外,其它3组站间跟电离层格网模型的精度相当。     

Object detection using multi-resolution mosaic in image sequences

Object detection in image sequences has a very important role in many applications such as surveillance systems, tracking and recognition systems, coding systems and so on. This paper proposes a unified framework for background subtraction, which is very popular algorithm for object detection in image sequences. And we propose an algorithm using spatio-temporal thresholding and truncated variable adaptation rate (TVAR) for object detection and background adaptation, respectively. Especially when the camera moves and zooms in on something to track the target, we generate multi-resolution mosaic which is made up of many background mosaics with different resolution, and use it for object detection. Some experimental results in various environments show that the averaged performance of the proposed algorithm is good.