全球电离层地图TEC数据的插值算法

由IGS工作组提供的全球电离层地图(GIM)是电离层重要的应用数据.卫星高度计能够提供全球实时的电离层延迟误差校正.利用GIM数据,以Jason-3时空分辨率进行电离层总电子含量(TEC)的时间维度插值和空间维度插值,其中空间维度插值采用了Kriging插值和双线性插值两种方法.针对两种插值方法得到的总电子含量,与平滑...     

从微分多普勒观测数据确定电离层总电子含量

本文提供一种对微分多普勒观测数据进行处理的方法, 从而得到有关电离层总电子含量的信息, 为研究电离层特性提供有用资料.      

地基单站GNSS的电离层VTEC高精度解算方法

利用IGS提供的双频GNSS观测数据,分析了Kalman方法解算电离层垂直总电子含量(Vertical Total Electron Content,VTEC)存在的问题,提出了Kriging-Kalman改进解算方法,并对两种方法解算的电离层VTEC进行分析和比较.结果 表明:在低纬地区,当观测卫星数量发生改变时,K...     

一种稀疏布站条件下的区域电离层改正方法研究

研究了WAAS卫星导航系统的格网电离层改正方法,分析了中国区域电离层分布特性,根据中国区域内稀疏布站的条件,MEO卫星和GEO卫星运动特点,以及C波段GEO卫星电离层延迟特性,提出了利用距离幂指数权重内插进行电离层延迟改正的方法。使用IGS公布的电离层数据,分别利用格网电离层权重方法和距离幂指数权重内插法进行Matlab仿真计算。然后,将结果与IGS事后精密产品进行比较,证明在中国区域内稀疏布站条件下,距离幂指数权重内插法对于电离层延迟具有较理想的改正效果。     

Measurement Error and Correction or the Ionospheric Effect

电磁波经过电离层传播时会受到电离层折射的影响而产生延迟,星载接收机探测到的时间是信号延迟之后的到达时间．某次实验数据显示,一些波段的瞬态电测辐射信号的群时延之差可达10^5ns数量级,这在对信号源进行时差定位时是不能直接运用的．为有效消除电离层延迟的影响,将双频修正法应用于某项工程中,利用接收到的实验数据求解出电离层的TEC（电离层总电子含量）,并在此基础上对信号到达星载接收机的时间进行修正．最后,对修正结果进行了验证,给出了误差来源．     

电离层效应的测时误差及其修正

电磁波经过电离层传播时会受到电离层折射的影响而产生延迟, 星载接收机探测到的时间是信号延迟之后的到达时间. 某次实验数据显示, 一些波段的瞬态电测辐射信号的群时延之差可达105ns数量级, 这在对信号源进行时差定位时是不能直接运用的. 为有效消除电离层延迟的影响, 将双频修正法应用于某项工程中, 利用接收到的实验数据求解出电离层的TEC(电离层总电子含量), 并在此基础上对信号到达星载接收机的时间进行修正. 最后,对修正结果进行了验证, 给出了误差来源.      

新乡上空电离层总电子含量的经验模式

基于电离层总电子含量与太阳活动性之间的线性相关关系,利用在新乡长期测量所得的电离层总电子含量的资料,得出了总电子含量的一种经验模式。      

Galileo卫星导航系统广播Nequick模型及其参数拟合

提出了基于IGRF模型的Galileo广播Nequick模型及其参数拟合算法, 解决了Galileo信号仿真中地理场景映射与地磁坐标下的电离层延时修正参数拟合问题. 应用IGRF模型, 可计算出任意给定位置和时间点的地磁参数以及E层、 F₁层、F₂层的电子密度, 从而计算出Galileo电离层修正参数. 仿真结果表明, 该算法拟合的全球电离层延时与IGS提供的实际观测值基本一致, 仿真精度高于一般的经验电离层模型, 实现了Galileo卫星信号的电离层延时修正参数的精确仿真.      

GPS电离层反演方法研究及其在地震方面的应用

利用地基GPS数据计算了电离层单球壳模型穿刺点上的垂向总电子含量(VTEC), 根据VTEC和卫星及测站接收机的差分码间偏差DCB的不同时变特性采用了复弧法, 将VTEC作为局部变量(每30 min 一组, 可调), DCB作为一天的全局量进行解算. 在解算的过程中, 充分考虑VTEC的空间分布特性, 利用变异函数通过Kriging插值法建立电离层VTEC的二维格网模型, 并给出了卫星和接收机的差分码间偏差DCB. 通过与IGS结果的比较, 发现其结果可靠, 且时空分辨率和稳定性都有较大提高. 同时, 基于简化的三元样条插值基函数对电离层电子密度进行三维展开, 利用乘型代数重建技术MART算法构建了同批数据的四维层析成像结果, 获得了电离层电子密 度的四维分布. 其结果与CHAMP无线电掩星结果非常一致. 利用上面两种算法又分别对2008年5月长江三角洲地区地基GPS数据进行处理, 简要分析了该时段该地区上空电离层总电子含量和电子密度的变化情况及其对汶川地震的响应.      

基于极大验后推估理论的全球电离层地图预报

提出了一种基于极大验后估计理论的全球电离层预报方法，基于中国科学院电离层分析中心（CAS）提供的快速全球电离层地图（GIM），实现了1天、2天和5天GIM的预报。以国际GNSS服务组织（IGS）最终GIM、Jason测高卫星提供的电离层观测信息及全球GNSS基准站实测电离层总电子含量（TEC）为基准，评估了2008－2017年CAS电离层预报GIM在全球大陆及海洋区域的精度，并与欧洲定轨中心（CODE）、欧洲空间局（ESA）和西班牙加泰罗尼亚理工大学（UPC）的预报GIM进行对比。在评估时段内，与IGS-GIM相比，CAS预报GIM精度为2.4~3.1 TECU；与测高卫星TEC相比，CAS预报GIM的精度为5.1~6.6 TECU；与全球基准站实测TEC相比，CAS预报GIM的电离层延迟修正精度优于80%。总体来看，CAS预报GIM与CODE预报GIM精度相当，显著优于ESA和UPC预报GIM。      

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.      

南极GPS定位中的电离层延迟分析

基于南极地区国际GNSS服务组织(IGS,International GNSS Service)跟踪站的全球定位系统(GPS,Global Position System)双频实测数据,分析了南极地区电离层延迟的变化情况及其二阶项延迟对南极GPS定位结果的影响.结果表明:南极地区的总电子含量(TEC,Total Electron Content)日间波动频繁,其日间TEC最大值变化较中纬度地区剧烈;在南极地区夏季,电离层二阶项延迟对GPS定位结果的影响可达cm级.同时,由于欧洲定轨中心(CODE,The European Center for Orbit Determination)提供的全球电离层模型(GIM,Global Ionosphere Maps)在南极区域应用的局限性,通过选取南极地区6个IGS跟踪站作为基准站建立了区域电离层TEC模型(RIM,Regional Ionosphere Model).经实测数据计算证明,对于南极地区,RIM的定位精度在一定程度上优于全球电离层模型GIM.     

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.      

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.      

Short term variations of total electron content (TEC) fitting to a regional GPS network over the Kingdom of Saudi Arabia (KSA)

The ionosphere is a dispersive medium for radio waves with the refractive index which is a function of frequency and total electron content (TEC). TEC has a strong diurnal variation in addition to monthly, seasonal and solar cycle variations and small and large scale irregularities. Dual frequency GPS observations can be utilized to obtain TEC and investigate its spatial and temporal variations. We here studied short term TEC variations over the Kingdom of Saudi Arabia (KSA). A regional GPS network is formed consisting of 16 sites in and around KSA. GPS observations, acquired between 1st and 11th February 2009, were processed on a daily basis by using the Bernese v5.0 software and IGS final products. The geometry-free zero difference smoothed code observables were used to obtain two hour interval snapshots of TEC and their RMS errors at 0.5 × 0.5 degree grid nodes and regional ionosphere models in a spherical harmonics expansion to degree and order six. The equatorial ionized anomaly (EIA) is recovered in the south of 20°N from 08:00 to 12:00 UT. We found that day-by-day TEC variation is more stable than the night time variation.     

自相关分析法用于电离层TEC的内插评估

基于2004年实测数据的统计分析,将自相关分析法用于电离层TEC的缺值内插,并进行精度评估.采用上海地区GPS综合应用网和中国地壳运动GPS监测网数据,解算成电离层垂直TEC,对缺值进行了时序内插及评估.结果表明,缺值段内的插值误差一般中间较大,两侧较小,插值误差远小于均方差.将自相关分析法内插结果与线性插值法、抛物线法、三次样条法内插结果进行对比,发现对于缺值较多、变化较复杂的缺值段,其插值精度有明显的提高.采用自相关方法进行内插后,有效减小了由于缺值而引起的局部跳跃变化,可以比较准确地研究TEC变化特性.      

大耀斑期间向日面电离层总电子含量的响应个例分析

利用2001年4月15日1336UT耀斑爆发期间向日面GPS观测数据提取的总电子含量的时间变化曲线。分析了向日面电离层对这次耀斑的响应特点．结果表明，耀斑期间向日面电离层出现了总电子含量突增事件．最大总电子含量增加量约为2．6TECU，在0600LT和1800LT都观测到了总电子含量突增，世增加幅度仅为0．5-1TECU．在高纬地区，由于电离层闪烁，从TEC时间变化曲线提取不出来总电子含量增加值．从各卫星星下点处的TEC增加量和各星下点处的太阳天顶角的关系可以看到，TEC增加量与太阳天顶角有关，太阳天顶角越大，TEC增幅越小。另外，从总电子含量时间变化率曲线上还观测到了时间同步的小尺度扰动，通过与耀斑期间硬X射线辐射通量的比较，发现两者有明显的相关性，电离层中的这种扰动与耀斑期间的硬X射线或远紫外辐射有关．     

A real-time ionospheric model based on GNSS Precise Point Positioning

This paper proposes a method of real-time monitoring and modeling the ionospheric Total Electron Content (TEC) by Precise Point Positioning (PPP). Firstly, the ionospheric TEC and receiver’s Differential Code Biases (DCB) are estimated with the undifferenced raw observation in real-time, then the ionospheric TEC model is established based on the Single Layer Model (SLM) assumption and the recovered ionospheric TEC. In this study, phase observations with high precision are directly used instead of phase smoothed code observations. In addition, the DCB estimation is separated from the establishment of the ionospheric model which will limit the impacts of the SLM assumption impacts. The ionospheric model is established at every epoch for real time application. The method is validated with three different GNSS networks on a local, regional, and global basis. The results show that the method is feasible and effective, the real-time ionosphere and DCB results are very consistent with the IGS final products, with a bias of 1–2 TECU and 0.4 ns respectively.