利用人工神经网络提前1h预报电离层TEC

提出了一种利用人工神经网络提前1h预报电离层TEC的简便方法. 考虑到实际工程应用要求, 没有使用其他空间天气参数, 而是选择电离层TEC观测数据本身作为输入参数. 输入参数为当前时刻TEC、一阶差分、相对差分和时间, 输出参数为预报时刻TEC. 利用文中介绍的GPS/TEC处理方法解算厦门站2004年电离层TEC观测数据, 对预报方法进行评估, 全年平均相对误差为9.3744%, 预报结果与观测值相关性达到了0.96678. 结果表明, 利用人工神经网络方法提前1h预报电离层TEC有很好的应用前景.      

IRI-2007预测TEC在广州地区的适用性分析

利用广州站(23.2°N, 113.3°E) GPS双频接收机监测的电离层TEC数据和IRI-2007模型不同电离层输入参数计算得到的TEC预测值, 对比分析了太阳活动低年(2008年)广州地区TEC的变化特征. 结果表明, TEC观测值周日变化在16:00LT左右达到最大值, 而IRI-TEC最大值出现时间较GPS-TEC提前1h左右. TEC季节变化在春秋分较高, 两至季节较低, 表现出明显的半年特性和季节依赖性, 并出现冬季异常现象. IRI-TEC与GPS-TEC在白天具有较好的一致性, 夜间偏差较大. 不同电离层输入参数得到的TEC预测值也相差较大, 选用顶部电子密度参数NeQuick、底部厚度参数B0 Table并用URSI系数计算F₂层峰值参数时, 能较好地反映TEC观测值的变化特征. 在对磁暴的响应上, 预测值无明显变化, 观测值则有比较明显的表现. 通过对比, 初步分析了利用IRI-2007模型预测TEC在广州地区的适用性, 并给出了合理的参数选择方案.      

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.      

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.      

一种用于电离层TEC监测的GNSS信号载波跟踪算法

全球卫星导航系统（GNSS）是电离层TEC监测中应用最普遍的手段. 目前方法通常是在传统导航用途的GNSS接收机输出的原始观测量基础上,经过数据后处理得到电离层TEC信息,其GNSS信号的跟踪处理算法依然采用GNSS导航接收机的算法. 针对GNSS系统用于电离层TEC监测的特殊性,提出一种称为GNSS双频信号和差联合跟踪的新算法,与传统方法相比,该算法直接跟踪电离层TEC的变化,可以提高电离层TEC跟踪的灵敏度和TEC的观测精度,改善电离层TEC监测性能.      

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．     

基于星载AIS数据的TEC测量方法

基于星载船舶自动识别系统（AIS），提出一种计算全球电离层电子总含量（TEC）的方法。通过在卫星上搭载两个相互垂直的线极化天线，测量AIS信号穿过电离层时的法拉第旋转角，再通过法拉第旋转角与TEC的关系估算TEC。基于天拓五号卫星的AIS数据进行了实验验证，并分析了硬件设备误差和观测参数误差对结果造成的影响。实验表明，本方法测量出的TEC值与基于全球定位系统（GPS）测量的TEC值差值平均为0.762 TECU，证明了此方法的可行性。与现有的TEC测量方法相比，该方法只需利用现有的AIS系统，无需部署地面站，可大幅提高数据更新速率。      

2009年1月平流层爆发性增温期间全球电离层响应的研究

2009年1月平流层爆发性增温(Stratospheric Sudden Warming, SSW)事件是有记录以来最强、持续时间最长的一次主增温事件(Major Warming Event, MWE), 期间太阳活动和地磁活动均处于较低的水平, 因此非常有利于研究电离层对平流层增温事件的响应情况. 本文利用COSMIC (Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate)系统提供的掩星数据, 使用Kriging方法分别构建了此次SSW期间及平静期的电离层N_mF₂, h_mF₂和110～750km高度范围的垂直积分TEC (简称VTEC)地图, 同时从全球定位导航卫星系统服务组织(International GNSS Service, IGS)发布的全球电离层TEC地图(Global Ionospheric Maps, GIMs)中提取了日固坐标系(Sun-fixed, 地磁纬度和地方时)下全球TEC地图. 通过对比发现, SSW期间与平静期相比, 地磁纬度中低纬电离层参数存在早晨上升, 下午和夜间下降的现象. 利用OSTM/JASON-2卫星高度计观测值进行验证后的结果显示, 此前研究均未有提及的夜间时段电离层参数N_mF₂, h_mF₂和TEC (VTEC和IGS TEC)的下降现象的确存在.      

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.      

一种基于GNSS数据的全球电离层不规则结构活动表征方法

针对如何利用GNSS(Global Navigation Satellite System)数据进行电离层扰动监测的问题,提出了一种基于GNSS数据表征全球电离层扰动的方法.利用大约400个GNSS地面站点的观测数据,计算总电子含量(Total Electron Content,TEC)变化率的标准差——ROTI(Ra...     

基于BDS/GPS和经验模型的区域电离层建模

基于北斗卫星导航系统（BDS）和全球定位系统（GPS）实测电离层穿刺点（IPP）数据，结合国际参考电离层（IRI）经验模型历史数据，提出一种对区域二维电离层总电子含量（TEC）进行高精度建模的方法.针对缺乏穿刺点的区域内短时间电离层建模时精度较低且各时段穿刺点空间分布不同的问题，该方法使用IRI模型在建模区域内均匀添加虚拟穿刺点数据，并根据与实测穿刺点的距离，使用构造的权重计算公式赋予其动态权重值，通过加权最小二乘法进行球谐模型参数解算.与欧洲定轨中心（CODE）发布的全球电离层图（GIM）进行数据比对发现，相对于只使用BDS/GPS实测穿刺点数据的建模方法，利用本文建模方法计算获得的垂直总电子含量（VTEC）值对缺乏实测穿刺点的区域精度有明显的提升.      

Use of varying shell heights derived from ionosonde data in calculating vertical total electron content (TEC) using GPS – New method

The dispersive nature of the ionosphere makes it possible to measure its total electron content (TEC). Thus Global Positioning System, which uses dual-frequency radio signals, is an ideal system to measure TEC. When data from an ionosonde situated in polar region was observed, the height of an approximated thin shell of electrons (shell height) used in GPS studies was seen not to be fixed but rather changing with time. Here we introduce a new method in which we included the varying shell heights derived from the ionosonde to map the slant total electron content from GPS to obtain a more precise vertical total electron content of the ionosphere contrary to some previous methods which used fixed shell heights. In this paper we also compared the ionosonde derived TEC with the GPS derived vertical TEC (vTEC) values. These GPS vTEC values were obtained from GPS slant TEC (sTEC) measurements using both fixed shell height and varying shell heights (from ionosonde measurements). For the polar regions, the varying shell height approach produced better results than the fixed shell height and compared to exponential function, Chapman function seems to be a better function to model the topside ionosphere.     

Using GPS-TEC data to calibrate VTEC computed with the IRI model over Nigeria

This paper presents the development of a Total Electron Content (TEC) map for the Nigerian ionosphere. In this work, TEC measurements obtained from the AFRL-SCINDA GPS (Air Force Research Laboratory-Scintillation Network Decision Aid, Global Positioning System) equipment installed at Nsukka (6.87°N, 7.38°E) are used to adapt the International Reference Ionosphere (IRI) model for the Nigerian Ionosphere. The map is being developed as a computer program (implemented in the MATLAB programming language) that shows spatial and temporal representations of TEC for the Nigerian ionosphere. The method is aimed at showing how the IRI model can be used to estimate VTEC over wide areas by incorporating GPS measurements. This method is validated by using GPS VTEC data collected from a station in Ilorin (8.50°N, 4.55°E).     

Ionospheric TEC prediction using hybrid method based on ensemble empirical mode decomposition (EEMD) and long short-term memory (LSTM) deep learning model over India

Total electron data (TEC) from GPS nowadays can be used as a tool for understanding the space weather phenomena. The development of prediction model for TEC is quiet crucial and challenging due to the dynamic behavior of the ionosphere, since it depends on different factors such as seasonal, diurnal and spatial variations, solar geomagnetic conditions etc. In this paper, an attempt is made for predicting the GPS derived TEC values for different GNSS stations over India using a hybrid method based on Ensemble empirical mode decomposition (EEMD) and Long Short-Term Memory (LSTM) deep learning method. The daily TEC time series data from the IISc Bangalore (Latitude 13.021, Longitude 77.570), Lucknow (Latitude 26.912, Longitude 80.956) and Hyderabad (Latitude 17.417, Longitude 78.551) stations over India during the period 2008 to 2015 of solar cycle 23 and 24 is used for analysis. The assessment of model performance for testing predicted output compared with LSTM and EMD-LSTM models, and their comparison results show that the hybrid EEMD-LSTM model presents better than the other models.     

用Kriging方法构建中纬度区域电离层TEC地图

提出了中国中北部及周边(30°N～55°N,70°E～140°E范围内)区域电离层电子浓度总含量(TEC)地图(简称CNC TEC Map)的Kriging算法.比较了目前被广泛使用的电离层模型(Klobuchar,IRI和JPLGIM)与真实的TEC分布的符合情况;比较了常数漂移(普通Kriging方法)、线性漂移和二次漂移的Kriging方法;在三种不同的时间分辨率(5min,30min和120min)下,比较了Kriging算法、就近插值算法和多项式回归算法(5阶)绘制CNC TEC Map的效果.结果显示在本文研究区域内常用的电离层模型与真实TEC分布存在较大的区别;使用普通Kriging方法就可以较好的表示华北地区TEC分布;Kriging方法的结果优于其余两种插值算法,尤其是当时间分辨率提高到5 min时,Kriging算法的优势比较明显.      

Ionospheric effects of the solar flares as deduced from global GPS network data

Results derived from analysing the ionospheric response to faint and bright solar flares are presented. The analysis used novel technology of a global detection of ionospheric effects from solar flares as developed by the authors (Afraimovich, 2000a; Afraimovich, 2000b), on the basis of phase measurements of the total electron content (TEC) in the ionosphere using an international GPS network. The essence of the method is that use is made of appropriate filtering and a coherent processing of variations in the TEC which is determined from GPS data, simultaneously for the entire set of visible GPS satellites at all stations used in the analysis. This technique is useful for identifying the ionospheric response to faint solar flares (of X-ray class C) when the variation amplitude of the TEC response to separate line-on-sight (LOS) is comparable to the level of background fluctuations. The dependence of the TEC variation response amplitude on the flare location on the Sun is investigated.     

IGS电离层产品在双向时间频率传递中的应用

利用IGS组织提供的全球电离层资料对卫星双向时间频率传递中的电离层误差进行修正。IGS提供特定时刻、固定经纬度网格点上的电离层总电子含量。对该电离层资料首先进行空间四点网格内插,然后利用双线性内插得到电离层穿刺点所需时刻的总电子含量,最后将得到电离层数据经过处理用于双向时间频率传递修正。结果表明：电离层对C波段的影响在（0～0.5）ns范围内,这对亚纳秒量级的时间比对是必须考虑的。IGS提供的电离层产品适合应用于双向时间频率传递,具有方法简单、准确度高和价格低廉等特点。     

基于IGS电离层TEC格网的扰动特征统计分析

电离层总电子含量（TEC）是研究空间天气特性的重要参量,通过分析电离层TEC,可以了解空间环境的变化特征.利用IGS提供的1999—2016年全球电离层TEC格网数据,按照地磁纬度将全球划分为高、中、中低、低磁纬四个区域,计算不同区域的电离层扰动;利用大量统计数据选取电离层扰动事件的判定阈值,分析电离层扰动与太阳活动、时空之间的关系;计算电离层扰动指数与地磁活动之间的相关系数.结果显示:电离层扰动与太阳活动变化具有较强的正相关特性.在太阳活动低年,电离层扰动事件发生的概率约为1.79%,在太阳活动高年发生扰动的概率约为10.18%.在空间分布上,无论是太阳活动高年还是低年,高磁纬地区发生扰动事件的概率均大于其他磁纬出现扰动事件的概率.计算得到的中磁纬和中低磁纬地区电离层扰动指数与全球地磁指数Ap的相关系数分别为0.57和0.56,说明电离层扰动指数与Ap具有较好的相关关系;高磁纬电离层扰动指数与Ap的相关系数为0.44;低磁纬扰动指数与Ap的相关系数为0.39.以上结果表明,不同区域电离层扰动与全球地磁指数Ap的相关性不同,测定区域地磁指数可能会提高与电离层扰动的相关性.