NNSS卫星测量参数求解TEC

论述了应用色散多普勒技术,在求解测站上空大面积TEC的方法中,卫星相对测站径向速度变化对电离层产生的微分多普勒频移的影响,找到了比较好的修正方法,并对若干测量计算结果进行了由定性到定量分析,绘出了测站上空任一点TEC的日变化曲线。      

高精度多普勒频高图的获取和分析

电离层高频反射回波的多普勒频移是研究电离层扰动的一个重要参数。在数字测高仪探测中，高分辩率的多普勒频移一般在漂移测量中获得，但这种测量方式探测的频点少，不能获得扰动的高度剖面；而在频高图模式下，虽然工作的频点多，能够获得电子浓度的高度剖面的信息，但探测的多普勒频移的分辩率低，无法用来精确检测电离层扰动。实际的电离层高频回波一般为窄带信号，由此本文中提出了一种新的分析方法，利用DGS-256数字测高仪频高图模式下记录的16个多普勒通道的数据，通过反傅里叶变换还原成时域信号，采用最小二乘法估计相邻时间点的相位差，获得高精度多普勒频高图。作为实例，利用该方法分析武汉电离层观象台数字测高仪观测站的观测数据，得到了多频点的多普勒频移曲线。结果表明：在DGS-256数字测高仪频高图模式下能够得到高精度多普勒频高图，这在电离层扰动探测和研究中很在意义。     

电离层中小尺度扰动的多频多普勒快速探测与分析

电离层反射回波的高频多普勒频移测量是研究电离层扰动的重要方法之一.利用基于单频信号相位变化率测量的实时探测方法,获取连续高精度多频多普勒频高图,以实现中小尺度电离层扰动的快速探测研究.该方法被应用于敏捷式高性能电离层无线电多频探测系统样机平台.经验证在该平台上获取的多普勒频移分辨率可达0.039Hz,频高图探测周期最短小于1min.基于这种快速探测方法和平台在武汉观测站进行了较长时间的观测和数据采集,获得高精度多普勒频移并反演出电子浓度等值面法向运动速度,得到电离层反射寻常波的多普勒频高图和垂直扰动速度等信息,进而推演出电离层扰动随时间和空间的实时变化特征.对这些时域信号进行频谱分析,初步结果显示这些扰动主要是由极区活动激发的中国中部地区冬季出现率较高的中尺度TID.此外,对三种常用的电离层扰动反演分析方法进行了对比研究,结果显示电离层扰动的变化趋势基本一致,说明观测数据和研究方法可靠稳定,为多频多点电离层扰动的传播特性观测研究提供了基础.      

多路径效应对GPS多普勒测速的影响

针对全球定位系统（GPS）多普勒观测值在城市环境中受多路径效应影响,从而导致测速误差大的问题,从多普勒频移产生的原理入手,通过运动学理论分析,构建了接收机、反射点与卫星整体运动与多普勒频移误差关系模型。模型分析结果表明:多普勒频移误差与卫星观测向量、反射点切线法向量、接收机运动速度及反射点运动速度有关。最后通过5种不同场景的GPS数据验证了所提模型的正确性。在多路径情况下,当接收机或反射点运动时,可能会导致巨大的测速误差,使得结果不具备可靠性。      

高动态环境扩频系统伪码延时的精确估计方法

针对在高动态环境直接扩频系统伪码延时测量所遇到的问题,分析了多普勒频移对伪码延时的影响.利用扩展卡尔曼算法(EKF)对高动态直接扩频信号的载波相位和频率进行了估计,并利用载波辅助技术测量载波相位的变化值来校正伪码延时环,减小多普勒频移对伪码延时的影响,得到了精确的延时估计值,提高了伪码延时锁定环的动态跟踪性能.     

卫星扩频应答机的伪码快捕方法

在低地球轨道通信系统中,由于系统的高动态,使扩频应答机接收的信号附加了几十千赫兹的多普勒频移,传统的伪码捕获方法很难完成捕获.对此提出了一种部分相关和FFT(Fast Fourier Transform)相结合的捕获方法,利用FFT补偿多普勒造成的相关峰损失,在搜索码相位的同时得到多普勒频移的估计,减少了捕获时间.给出了捕获系统的结构,分析了FFT对相关峰的补偿性能,给出了部分相关和FFT的参数设计方法,使用了自适应门限技术,以满足输入信号载噪比大幅变化的情况下实现伪码的捕获判决.理论分析和仿真结果表明:该方法可以在高多普勒频移和低载噪比环境下实现伪码的快速捕获,比其他快捕方法占用更少的FPGA(Field Programmable Gate Arrays)资源.     

高频返回信道的频率散布测量

本文介绍了用高频后向散射探测系统测量高频返回信道的频率散布的实验, 对高频返回信道的多普勒频移和多普勒频谱宽度的日变化进行讨论.文中比较了地物回波谱和应答回波谱证实了陆地对高频后向散射信道的多普勒频移贡献甚小, 而对谱宽度和谱的形状有影响.      

基于双频GPS观测的电离层TEC与硬件延迟反演方法

利用全球定位系统（Global Positioning System,GPS）的双频观测数据反演得到电离层的总电子含量（Total Electron Content,TEC）,使得广域甚至全球范围高时空分辨率的电离层观测研究成为可能,但由于GPS卫星和接收机对信号的硬件延迟可导致TEC测量系统偏差,因此,需要探索反演TEC并估测GPS卫星与接收机硬件延迟的有效算法.本文根据电离层电波传播理论,阐述了基于双频GPS观测提取电离层TEC的方法,给出TEC与硬件延迟的基本关系.综合研究了TEC与硬件延迟的反演方法,进行分析与归纳分类,在此基础上提出了有待深入研究的问题.      

典型电离层多普勒记录及其讨论

由于地面电离层多普勒频率偏移测量具有时间连续、设备相对简便等固有特征，它特别适合于扰监测。本文在整理北京大学电离层高频多普勒台站观测资料的基础上，给出了一些典型电离层多普勒效应观测现象，这些现象反映了多普勒的细致分析对电离层形态学研究有其特殊意义。利用IRI模型，对多普勒频移的太阳耀斑效应及电离层不规则结构对多普勒频移的影响进行了模拟计算，理论结果与观测基本一致，从而大体上解释了这些响应的物理机制。论文最后对观测到的一种特殊的记录类型－－S型描迹的具体成因作了详细的分析和讨论，指出在一定条件下，以一定相位速度水平传播的声重波可以产生这类记录，给出了相位速度和振幅等声重波参数与记录描迹形状的关系，这对从多普勒频移记录推演电离层中的波动特征有一定的帮助。     

磁暴期间电离层扰动的GPS台网观测分析

给出了一种利用GPS台网观测获取TEC快速变化的计算方法，并将该方法用于东亚一澳大利亚扇区的GPS台网观测数据，分析了2000年7月14—18H大磁暴期间的电离层响应，揭示出电离层暴期间赤道异常峰的压缩和移动等特性．计算结果表明，在站点分布不均匀、原始观测数据不足且随时间跳变等多种不利因素的影响下，这种新的算法仍能保持很好的计算稳定性，并能快速地提取给定时空范围内的三维TEC短时变化的特征，适用于研究电离层暴等情况下引起的TEC扰动．     

应用高频多普勒方法对耀斑期间电离层TEC变化的估算

通过分析前人对耀斑期间电离层各区域电子密度的变化情况,总结了一个应用耀斑期间的高频多普勒扰动记录估算出层总电子含量变化的方法,并应用这一方法计算了１９９０年３－６月几次耀斑引起的低电离层总电子含量的变化,同时还与各耀斑对应的最大流量密度进行了比较,并对两者之间的相关情况进行了分析。     

武汉地区电离层电子浓度总含量的统计经验模式研究

由武汉电离层观象台一个太阳黑子周期（1980-1990年）的实测电离层电子浓度总含量（TEC）资料，统计分析得出了武汉地区的一个TEC经验模式，模式很好地再现了武汉地区的TEC观测值，其预测误差在太阳活动高年稍太，低年较小；在春秋两季稍大，冬夏两季较小；在当地时间白天和傍晚稍大，夜间和早晨较小。此外，与国际参考电离层模式IRI的计算结果比较，本模式预测的TEC值更接近于实际观测结果，同时，本文也初步探讨了TEC的半年变化特征和冬季异常现象。     

2009年7月22日日全食期间电离层总电子含量变化研究

利用中国区域内五个GPS台站(一个台站处于日全食区域、四个台站处于日偏食区域)观测数据, 研究2009年7月22日日全食期间电离层总电子含量(TEC)的变化, 结果表明, 日全食期间, 电离层TEC值经历了下降和恢复的过程, 最小TEC相对于最大食偏的时间延迟约为1～10min; 台站测得最小TEC的星下点(IPP)越靠近日全食带TEC下降量越大, 在日食期间武汉站(114.35°E, 30.53°N) TEC相对于各参考日期的TEC, 其平均下降量最大, 达到4.58TECU.      

太阳活动对电离层TEC变化影响分析ormalsize

为研究太阳活动对电离层TEC变化的影响,从整体到局部分析了2000—2016年的太阳黑子数、太阳射电流量F_10.7指数日均值与电离层TEC的关系,并重点分析了2017年9月6日太阳爆发X9.3级特大耀斑前后15天太阳活动与电离层TEC变化的相关性.结果表明:由2000—2016年的数据整体看来,太阳黑子数、太阳F_10.7指数、TEC两两之间具有很强的整体相关性,但局部相关性强弱不均;此次耀斑爆发前后太阳黑子数、太阳F_10.7指数和TEC具有很强的正相关特性,太阳活动对TEC的影响时延约为2天;太阳活动对全球电离层TEC的影响不同步,从高纬至低纬约有1天的延迟,且对低纬度的影响远大于中高纬度.太阳活动是影响电离层TEC变化的主要原因,但局部也可能存在其他重要影响因素.      

Comparing TOPEX TEC measurements with IRI predictions

TEC values obtained from TOPEX satellite were compared with the International Reference Ionosphere (IRI) 2001 model estimates. The present work also shows results of the IRI model with the option of a new topside electron density distribution (NeQuick model). TOPEX TEC measurements, which include years of high and middle to low solar activity (2000 and 2004), were analyzed by binning the region covered by the satellite (±66°) every five degrees of modip. In general, there is good agreement between IRI predictions and Topex measurements. Cases with large disagreements are observed at low and high latitudes during high solar activity. Comparing the model predictions using the default IRI2001 model and the NeQuick topside option show that the default IRI 2001 version represents the observed data in a more realistic way, but appears to be less reliable at high and low latitudes in some cases.     

第23太阳活动周武汉站电离层TEC特征分析

利用武汉站(30.5°N, 114.4°E)1997年1月1日至2007年12月31日电离层TEC、太阳黑子数及地磁指数等资料, 分析了第23周武汉站TEC的周日变化、季节变化、半年变化以及与太阳活动的相关性等特征; 以2006年4月13-17日发生的磁暴为例, 讨论了武汉站TEC对磁暴的响应以及可能的机理. 结果表明,武汉站电离层TEC在太阳活动高、低年均呈典型的周日变化特征; 冬季异常和半年异常特征明显, 且受太阳活动强弱影响; TEC和太阳黑子数年均值相关系数为0.9611; TEC对磁暴的响应可能是由磁层穿透电场和中性风共同作用导致的, 具体影响机制有待深入研究.      

Global validation of IRI TEC for high and medium solar activity conditions

The IRI model offers a choice of options for the computation of the electron density profile and electron content (TEC). Recently new options for the topside electron density profile have been developed, which have a strong impact on TEC. Therefore it is important to test massively the IRI and the new options with experimental data. A large number of permanent stations record dual frequency GPS data from which it is possible to obtain TEC values. Thirty-one worldwide distributed stations have been selected to investigate the capabilities of the IRI to reproduce experimental TEC. Data for years 2000 (high solar activity) and 2004 (medium solar activity) have been analyzed computing modeled values with the IRI-2001 and the IRI-2007-NeQuick topside options. It is found that IRI-2007-NeQuick option generally improves the estimate of the slant TEC, especially in the case of high latitudes stations during high solar activity.     

Comparison of GPS TEC measurements with IRI-2007 TEC prediction over the Kenyan region during the descending phase of solar cycle 23

This paper presents an analysis of the Total Electron Content (TEC) derived from the International GNSS Service receiver (formerly IGS) at Malindi (2.9°S, 40.1°E), Kenya for the periods 2004–2006 during the declining phase of solar cycle 23. The diurnal, monthly and seasonal variations of the TEC are compared with TEC from the latest International Reference Ionosphere model (IRI-2007). The GPS–TEC exhibits features such as an equatorial noon time dip, semi-annual variations, Equatorial Ionization Anomaly and day-to-day variability. The lowest GPS–TEC values are observed near the June solstice and September equinox whereas largest values are observed near the March equinox and December solstice. The mean GPS–TEC values show a minimum at 03:00 UT and a peak value at about 10:00 UT. These results are compared with the TEC derived from IRI-2007 using the NeQuick option for the topside electron density (IRI–TEC). Seasonal mean hourly averages show that IRI-2007 model TEC values are too high for all the seasons. The high prediction primarily occur during daytime hours till around midnight hours local time for all the seasons, with the highest percentage deviation in TEC of more 90% seen in September equinox and lowest percentage deviation in TEC of less than 20% seen in March equinox. Unlike the GPS–TEC, the IRI–TEC does not respond to geomagnetic storms and does overestimate TEC during the recovery phase of the storm. While the modeled and observed data do correlate so well, we note that IRI-2007 model is strongly overestimating the equatorial ion fountain effect during the descending phase of solar cycle, and this could be the reason for the very high TEC estimations.     

Equatorial total electron content (TEC) at low and high solar activity

Total electron content (TEC) derived from ionosonde data recorded at the station of Korhogo (Lat = 9.33°N, Long = 5.43°W, Dip = 0.67°S) are compared to the International Reference Ionosphere (IRI) model predicted TEC for high (1999) and low (1994) solar activity conditions. The results show that the model represents the diurnal variation of the TEC as well as a solar activity and seasonal dependence. This variation is closer to that of the ionosonde-inferred TEC at high solar activity. However, at low solar activity the IRI overestimates the ionosonde-inferred TEC. The relative deviation ΔTEC is more prominent in the equinoctial seasons during nighttime hours where it is as high as 70%. At daytime hours, the relative deviation is estimated to 0–30%.