用GPS 观测研究电离层TEC 水平梯度

双频GPS 用户能自动修正电离层总电子含量(TEC) 引起的延时误差, 但是对于电离层中的不规则体造成的信号闪烁而引起的误差则不能消除. 即使是差分GPS 系统, 电离层误差仍然是其主要的误差源, 其中电离层TEC 梯度将会影响到系统的定位精度和性能. 本文用GPS 方法研究了电离层TEC 的水平梯度问题, 用处于赤道异常区NTUS 台站的GPS 观测数据作了具体计算. 结果表明, 在日落以后到子夜前后电离层垂直TEC 出现了大的涨落, 电离层中的不规则体导致L 波段信号强的闪烁, 同时还伴随着大而快速变化的电离层~TEC 水平梯度. 对比发现, ROTI指数、电离层TEC 水平梯度和电离层垂直TEC 三者之间有很好的对应关系, 它们的变化特征均由电离层中的不规则体引起. 我们认为研究电离层闪烁, 特别是在缺乏S4指数时, 电离层TEC 梯度也可以作为一个重要的可选参数.      

基于空间统计方法的电离层折射修正技术

针对中国上空电离层所具有的特殊性和GPS观测站在中国西部分布相对稀疏的特点, 尝试探索中国卫星增强系统电离层时延信息修正技术, 为卫星导航定位以及遥感、遥测等空间应用工程的电波修正提供数据. 利用中国地壳形变监测网提供的双频GPS数据, 以空间统计方法为主要工具, 给出了普通Kriging电离层估计算法, 构建了平静期和磁暴期电离层理论变异模型, 详细分析了电离层折射修正的精度. 结果表明, 将空间统计方法应用于卫星增强系统中的电离层时延改正问题, 有利于提高增强系统的电离层折射修正精度, 特别是在观测样点相对较少的情况下, 有利于系统完整性的实现.      

电离层不规则结构对GPS性能的影响

电离层不规则结构的存在可引起无线电信号的幅度和相位发生随机起伏, 这 种电离层闪烁现象会影响全球定位系统(Global Positioning System, GPS)的 性能, 降低定位精度, 严重时导致信号失锁. 电离层不规则结构对GPS性能的 影响涉及电离层物理、接收机设计和表征卫星几何分布的精度衰减因子(Dilution of Positioning, DOP)等多方面因素. 本文通过对表征电离层不规则结构参数 的分析, 根据GPS接收机跟踪环路和闪烁信号模型, 综合研究了电离层闪烁对 GPS接收机载波跟踪环和码跟踪环跟踪误差的影响; 结合实际观测, 评述 了电离层不规则结构对单频和双频GPS接收机定位性能的影响, 在此基础上 提出了有待深入研究的问题及具体建议.      

太阳活动低年广州地区地磁扰动与电离层闪烁的统计特征分析

基于肇庆地磁台的地磁监测数据和广州气象卫星地面站建立的华南地区GPS电离层闪烁监测网的监测数据, 统计分析了2008年7月至2010年7月太阳活动低年期间广州地区地磁扰动与电离层闪烁的关系. 用肇庆台地磁水平分量H的变化量换算出肇庆地磁指数K, 以此来代表广州地区地磁扰动情况.分析结果表明, 磁暴/强地磁扰动对广州地区电离层闪烁的发生总体表现为抑制作用, 电离层闪烁主要发生在低K值期间, 而在K ≥ 4时电离层闪烁的发生呈下降趋势. 电离层闪烁发生率随季节和地磁活动的变化规律表现在, 春季的弱闪烁发生率、夜间中等以上闪烁发生率和夏季中等以上闪烁的发生率明显与地磁活动指数K相关, 即随$K$指数的增大而减小; 在秋季和冬季闪烁发生率与K指数变化无明显关系. 同时还综合分析了地磁与太阳活动的变化对电离层活动的影响, 广州地区闪烁主要发生在太阳活动较低的磁静日期间.      

GPS卫星信标信噪比的统计分析

GPS卫星信标信噪比(SNR)受到卫星上的发射机增益、地面站的接收机增益、卫星与接收机之间的几何距离、接收机处的仰角、信标传播路径上电离层介质衰减等因素的共同影响.首先提出了一种从SNR观测数据中分离出SNR在电离层中衰减的算法,并应用于MANA接收站(273.751°E,12.149°N)2003年的观测数据,得到了一个电离层介质引起的对L波段信标SNR衰减日变化的平均情况.通过与IRI模式计算的电波垂直穿过电离层时衰减的SNR比较发现,由我们得到的SNR在电波垂直穿过电离层时的衰减与IRI模式计算的衰减随地方时的变化符合得比较好.      

地磁暴期间北半球高纬度地区电离层变化特征及对精密定位的影响

基于加拿大地区高纬度电离层观测网的电离层闪烁观测数据,分析了2018年8月26日地磁暴事件引发的北半球高纬度地区电离层总电子含量（TEC）异常变化、TEC变化率指数（ROTI）及电离层相位闪烁的变化特征.结果表明:加拿大地区最大异常值约6 TECU,磁暴引发全球电离层TEC异常峰值高达20 TECU;加拿大地区电离层相位闪烁发生率最大增至12.6%,而磁静日期间约为1%;强电离层闪烁期间,电离层相位闪烁指数与ROTI之间具有较强的一致性.对GPS双频精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP）结果进行分析发现:无闪烁期间定位误差随测站纬度的增高呈现出增大趋势,但均方根误差小于0.4m;闪烁发生期间各测站的定位误差均显著增大,水平和垂直方向定位误差分别增至约0.9m及1.7m.      

基于GPS的广州地区电离层不规则体纬向漂移速度计算分析

利用广州站组建的两台短间距GPS电离层闪烁监测仪的观测数据, 分别对GPS卫星信号强度用功率谱和短间距台链互相关性两种方法计算了3次闪烁事件电离层不规则体的漂移速度. 分析结果表明, 同一不规则体会引起两台站闪烁事件的同时发生, 两种方法测量不规则体漂移速度通常在50～160m/s之间, 平均大小均在120m/s左右, 且纬向漂移速度在闪烁初期起伏较明显, 速度随闪烁时间有下降的趋势, 夜间纬向漂移方向由西向东, 广州地区漂移速度特性符合低纬其他地区不规则体漂移速度特征, 两种计算方法合理有效.      

海南地区电离层闪烁监测及初步统计分析

为开展赤道区的电离层闪烁形态特性及相关物理过程的研究,空间中心海南台站建立了一套GPS电离层闪烁监测系统．该系统是利用Plessey GPS Builder-2系统开发的,对软件的源码进行了修改,使其能以高采样率(50／s)同时并行记录11个通道GPS信号强度数据．对2003年7—12月间L-波段电离层闪烁事件的初步统计分析结果表明,电离层闪烁主要发生在日落后到午夜附近,其中9—11月较7—8月闪烁发生和结束的时间明显提前;电离层闪烁发生的频率和强度在9—11月较其他月份明显增强,其中10月达到最大;电离层闪烁的逐日变化具有很强的随机性,闪烁的发生在秋分附近9月底到10月中旬的磁静日期间达到最大;太阳和地磁活动的增强通常会抑制电离层闪烁的发生,这种情形在秋分附近尤为明显．     

北驼峰区电离层GPS卫星闪烁事件时空特征及对通信的影响

基于子午工程北大深圳站（22.59°N,113.97°E）电离层GPS双频接收机在2011年1月1日至2017年12月31日连续7年的长时间序列闪烁和TEC观测数据,分析不同太阳活条件下华南赤道异常北驼峰区观测到的GPS卫星L波段电离层闪烁事件时空分布特征及其对通信的影响.结果表明:GPS闪烁事件几乎都发生在夜间,且主要发生在春秋分月份;在不同太阳活动条件下,夜间GPS闪烁事件都主要发生在北驼峰区域靠近磁赤道的一侧,且GPS闪烁事件存在明显的东-西侧天区不对称性,即在台站西侧天区发生的闪烁事件明显偏多;在不同太阳活动条件下,弱闪烁事件伴随的TEC耗尽和卫星失锁事件比例相对较低,强闪烁事件则大部分都伴随着TEC耗尽和卫星失锁事件的发生.      

基于GPS的广州地区电离层闪烁谱分析

利用广州站GPS电离层闪烁监测仪2014和2015年的观测数据,从150例典型闪烁事件中提取出4820例闪烁谱和闪烁谱指数,分析发现广州地区闪烁对应单幂律谱和双幂律谱两大典型闪烁谱.这些闪烁谱可以细分为5类,初步分析了这5类闪烁谱的特征和产生原因.通过统计分析发现,谱指数分布在0.63~9.57,平均谱指数为3.86,78.5%以上的谱指数分布在0~6,83.4%中弱闪烁强度的谱指数值分布在0~7,89.27%的强闪烁强度的谱指数分布在5~10,谱指数随闪烁强度的增强有上升趋势.      

中国广州地区电离层闪烁观测结果的初步统计分析

利用在广州站(23o8' N, 113o17' E)建立的GPS电离层闪烁监测系统, 开展了对电离层闪烁的连续观测. 利用这些观测数据, 对广州地区2007年4月至9月及2008年1月至9月电离层闪烁变化特性进行了初步统计分析研究. 分析结果表明, 广州地区闪烁主要发生在太阳活动较低的磁静日期间. 季节变化表现为弱闪烁(0.2相似文献   

多频GNSS电离层折射误差修正方法CSCD

针对电离层折射误差较大的特点,分别对GPS(Global Positioning System)和BDS(Bei Dou Navigation Satellite System)的单一频率的电离层折射误差进行了分析,并将不同频率进行线性组合,计算出组合后的电离层折射误差。此方法修正了双频一阶项、三频一阶项和三频二阶项电离层折射误差。由于电离层延迟修正的同时会放大观测噪声,为此分析比较了不同频率组合修正后的观测噪声,为最佳频率组合的选取提供了理论方法。     

A study of GPS ionospheric scintillations observed at Shenzhen

Ionospheric scintillation variations are studied using GPS measurements at the low latitude station of Shenzhen (22.59°N, 113.97°E), situated under the northern crest of the equatorial anomaly region, from the Chinese Meridian Project. The results are presented for data collected during the current phase of rising solar activity (low to high solar activity) from December 2010 to April 2014. The results show that GPS scintillation events were largely a nighttime phenomenon during the whole observation period. Scintillation events mainly occurred along the inner edge of the northern crest of the equatorial anomaly in China. The occurrence of scintillations in different sectors of the sky was also investigated, and the results revealed that it is more likely for the scintillations to be observed in the west sector of the sky above Shenzhen. During the present period of study, a total number of 512 total electron content (TEC) depletions and 460 lock loss events were observed. In addition, both of these events are likely to increase during periods of high solar activity, especially because the strong scintillations are often simultaneously accompanied by TEC depletions and lock losses by GPS receivers.     

基于CIT技术的广域增强系统电离层延迟修正算法

提出了一种基于电离层层析成像(CIT)技术的广域增强系统(WAAS)电离层延迟 修正算法. 该算法利用模式基函数与截断奇异值分解正则化组合的方式, 实现WAAS单频用户的电离层延迟误差修正. 基于中国区域23个广域基准站 和10个用户站的仿真结果分析表明, 传统的网格算法和基于CIT技术的电离 层延迟修正算法的电离层延迟修正精度与太阳活动、昼夜变化及地磁纬度 之间均存在明显的相关性. 基于CIT技术的电离层延迟修正算法精度优于网格算法, CIT算法的平均误差与标准差相比网格算法均有较大幅度的下降.      

Simulation and analysis of chemical release in the ionosphere

Ionospheric inhomogeneous plasma produced by single point chemical release has simple space-time structure, and cannot impact radio wave frequencies higher than Very High Frequency (VHF) band. In order to produce more complicated ionospheric plasma perturbation structure and trigger instabilities phenomena, multiple-point chemical release scheme is presented in this paper. The effects of chemical release on low latitude ionospheric plasma are estimated by linear instability growth rate theory that high growth rate represents high irregularities, ionospheric scintillation occurrence probability and high scintillation intension in scintillation duration. The amplitude scintillations and the phase scintillations of 150?MHz, 400?MHz, and 1000?MHz are calculated based on the theory of multiple phase screen (MPS), when they propagate through the disturbed area.     

中国南京地区L波段电离层闪烁初步统计分析

利用南京地区2008年11月至2009年10月电离层闪烁监测数据, 统计分析了该地区一年间L波段电离层幅度闪烁发生率的逐日变化、逐月变化、地方时变化和空间分布等特征. 统计结果表明, 在此期间, 南京地区L波段电离层幅度闪烁活动比较平静, 主要以0.14<0.2的闪烁为主, S₄>0.2的闪烁很少发生.不同强度幅度闪烁表现出一致的时间变化和空间分布特征, 2008年11月为最小,2009年6月、8至10月闪烁发生率都有明显的增强, 在10月达到最大, 在8月和10月的S₄>0.2的闪烁主要出现于正午到日落前这段时间; 对于闪烁的空间分布, 单站一年数据统计显示, 测站北向闪烁的发生频率高于南向, 但该统计结果需要更多的数据样本进行进一步的验证.      

WAAS系统中电离层折射校正的新方法及计算结果

电离层介质的色散性是影响电磁波信号进行卫星导航定位精度的重要因素之一.配合北斗二代分系绩研制任务,提出了一种新的电离层折射校正算法,并利用2000年7月1日到3日的双频GPS观测数据对6个用户站进行试算,进一步将试算所得均方根误差和电离层网格算法得到的误差进行比较.结果表明,对于中纬区域的用户站,估算的TEC误差约为0.5 m左右;而低纬用户误差相对增大,为1 m左右.文中给出的算法与电离层网格模型所提供的精度相差不多,在未来中国自主的卫星增强系统中采用新方法进行电离层进行修正是可行的及有效的.      

Evaluation of COMPASS ionospheric model in GNSS positioning

As important products of GNSS navigation message, ionospheric delay model parameters are broadcasted for single-frequency users to improve their positioning accuracy. GPS provides daily Klobuchar ionospheric model parameters based on geomagnetic reference frame, while the regional satellite navigation system of China’s COMPASS broadcasts an eight-parameter ionospheric model, COMPASS Ionospheric Model(CIM), which was generated by processing data from continuous monitoring stations, with updating the parameters every 2 h. To evaluate its performance, CIM predictions are compared to ionospheric delay measurements, along with GPS positioning accuracy comparisons. Real observed data analysis indicates that CIM provides higher correction precision in middle-latitude regions, but relatively lower correction precision for low-latitude regions where the ionosphere has much higher variability. CIM errors for some users show a common bias for in-coming COMPASS signals from different satellites, and hence ionospheric model errors are somehow translated into the receivers’ clock error estimation. In addition, the CIM from the China regional monitoring network are further evaluated for global ionospheric corrections. Results show that in the Northern Hemisphere areas including Asia, Europe and North America, the three-dimensional positioning accuracy using the CIM for ionospheric delay corrections is improved by 7.8%–35.3% when compared to GPS single-frequency positioning ionospheric delay corrections using the Klobuchar model. However, the positioning accuracy in the Southern Hemisphere is degraded due apparently to the lack of monitoring stations there.