电离层电场对磁层活动响应时延的模式研究

本文用极盖边界上电离层驱动电位φ₀随时间变化的不同模式计算了场向电流J_∥²及电离层对流电场E的演化过程。计算表明,当φ₀(t)先升后降有极大值时,J_∥²(t)和E(t)也表现出类似的趋势。但它们的极值滞后于φ_0max出现的时刻,即在一段时间内,φ₀虽已开始下降,J_∥²及高纬E却继续增大。一般说,E先于J_∥²达到极值,但相差甚小。φ₀变化形式不同时,滞后时间亦不同。当φ₀陡升缓降时,E、J_∥²的极值相对于φ_0max的时延可超过一小时。这与持续时间较长的磁暴期间所观测到的电离层场强响应时延量级是一致的。时延大小还受电离层电导率的制约。低纬电离层场强的响应与高纬不同,其升降趋势与φ₀同步。     

电离层电场半年变化的模拟研究

利用一个中低纬电离层电场理论模式,模拟太阳活动低年、地磁活动平静情况下,中低纬地区电离层电场全年的变化情况。结果显示,单独计算南、北半球（去耦合）得到电离层电场具有明显的周年变化特征,且两个半球电场的相位相差半年左右。而同时计算南、北半球（计及耦合）时,电场则是以半年变化为主,且这种半年变化的幅度和相位随地方时和地磁纬度有变化。提出一个南、北半球耦合电路的简单物理模型给予解释。电路模型初步计算发现,即使两个半球电离层电场分别具有周年变化,只要它们变化的幅度相当,相位相差半年左右,由于跨越南北半球磁力线的耦合效果,耦合的电离层电场会产生明显的半年变化分量。由于缺少连续的电离层电场观测资料,将模拟结果与Richmond基于非相干散射雷达数据建立的经验模式（ISR Model）相比较,结果符合较好。     

用场向电流的观测结果研究高纬电离层电场

本文从Triad卫星观测到的场向电流日变化的统计结果出发, 利用场向电流日变化的付里叶级数展开和简单模式法分别求出电导率均匀时和极光带电导率增强时高纬电离层电位的分析解.结果表明, 电场集中在极光区是由2区场向电流引起的.在本文所用的场向电流分布形式下, 加上Pederson电导率的升高。极光区Hall电导率的增大反而有助于电场向中纬穿透.|AL|≥100γ时, 场向电流分布对对流圈位置西向旋转起一定作用, 但极光带Hall电导率的变化是造成大角度旋转的主要原因.Perdson电导率的增大, 对旋转角无影响.结果还表明, 在不考虑电导率日夜不均匀时, 由于场向电流复杂的日变化, 也可出现对流圈的晨昏不对称性.以上的电场分布形态, 与观测的电场形态基本相符。     

电离层等效电流体系对行星际激波的响应研究

行星际激波是导致地球磁层-电离层系统发生扰动的重要原因之一,其可以通过对磁层-电离层系统电流体系的改变来影响地磁变化.本文采用全球三维磁流体力学数值模拟方法,分析了行星际激波作用下电离层等效电流体系的即时响应.模拟结果表明,在激波作用下伴随着异常场向电流对的产生,电离层在午前午后出现一对反向的等效电流涡.这对涡旋一边向极侧和夜侧运动,一边经历强度增强和减弱直至消失的过程.激波过后等效电流体系图像逐渐演化为激波下游行星际条件控制的典型图像.这个响应过程与行星际激波强度有关,激波强度越强,则反向的等效电流涡旋强度越大,寿命也就越短.     

非径向地磁力线对计算电离层电场及三维电流系的部分影响

本文对Kamide等人的由地面磁变化计算电离层电场、电流及场向电流的方法做了改进。给出了计入非径向地磁力线对电离层电导率影响下的电位φ的二阶偏微分方程。通过实例计算考查了由地面磁资料计算电离层电场、电流及场向电流中地磁力线非径向性的部分效应。结果表明,即使在高纬极光区,这部分效应也是重要的、不能忽视的;此外,计入这一效应使得计算量明显减少。     

改进的WAAS电离层时延网格修正算法

在考虑电离层倾斜的基础上给出了一套改进的广域增强系统电离层时延网格算法,并通过模拟数据和GPS实测数据与原方法进行了分析比较,结果表明,同样条件下不考虑倾斜时产生的方差为考虑倾斜度时的2倍.     

利用TIE-GCM模式计算电离层电流及夜间电离层磁场

电离层电流产生的磁场是地磁场卫星测绘时需要剔除的干扰源.利用电离层热层模式TIE-GCM计算电离层中的中性风、重力驱动和压强梯度等形成的电离层电流的全球分布,分析电流在特定位置产生的磁场及磁场三分量随纬度的变化规律.结果表明,E层尤其是磁赤道和极区的电流密度较大,可达10³nA·m^-2量级,F层电流密度量级约为10nA·m^-2.在磁静日（Kp≤ 1）夜间22：00LT-04：00LT,电离层电流在中低纬度（南北纬50°之间）产生的磁场量级为几个nT,且磁场的南北向分量和径向分量基本大于东西向分量.通过与CHAMP卫星磁测数据分析比较,发现TIE-GCM模式计算电离层干扰磁场在中低纬度可以取得较好的结果,但在高纬度地区的效果不理想,还需进一步改进模式以提高计算精度.     

太阳活动对电离层TEC变化影响分析

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.     

强震前异常电场激发声重波对电离层的影响

震前地震孕育期地表异常增强的电场,通过大气电导率传输到电离层高度.该异常电场通过非稳态局部加热,可以在电离层高度激发声重波.基于该理论,利用一维时变中纬电离层物理模型,模拟了该扰动源对电离层电子密度的影响.结果表明,重力波引起的中性风速度扰动对电离层电子密度分布影响甚微,该机理无法解释震前电离层异常扰动现象.     

观测站稀疏地区的WAAS电离层时延网格修正算法

在改进的广域增强系统电离层时延网格算法的基础上,给出了针对观测量比较少的地区比较适用的电离层时延网格修正算法,并通过模拟数据和GPS实测数据与原方法进行了分析比较.结果表明,在观测站稀疏的情况下,本文的计算方法模式的精度比原方法有较大的提高.     

BPL长波授时信号传输时延的时间变化分析

由于GNSS系统的脆弱性,Loran-C/BPL系统作为GNSS系统的备份研究,受到国内外的重视,但如何获取高精度的传播时延一直是制约长波系统实现高精度授时的瓶颈。本文从测量角度出发分析路径时延的空间变化和时间变化,着重利用实际测量数据分析路径时延的时间变化规律。结果表明信号传播路径相似、且传播路径上天气变化相似的条件下相距100km内的用户其接收信号的传播时延时间变化规律基本相同,这为长波差分授时奠定基础。     

比斯开湾上空电子总量对磁暴的响应

本文论述过去十年中,在英国Aberystwyth城观测同步卫星Intelsat IIF2和SIRIO信标时获得的大西洋比斯开湾上空电子总量对磁暴的响应。所选择的地磁-电离层暴分属前后两个太阳活动较高周期,主要集中在春秋分阶段和冬夏至阶段。文中指出,春分期间连续型磁暴使TEC在正相效应之后出现加长的凋落周期,集中型磁暴导致TEC在正相之后产生凋落周期缩短;春秋分和冬夏至时磁暴伴生的电子总量形态受制于急始时刻与次数、磁暴主相、磁暴指数(即暴时位置和暴情指数)等因素。     

Kalman滤波估算电离层延迟的一种优化方法

频间偏差（Inter Frequency Bias,IFB）通常会给电离层延迟的解算带来误差.目前从电离层延迟中消除频间偏差的方法是基于GPS双频观测数据建立垂直电离层模型,利用卡尔曼滤波实时估算电离层模型系数和频间偏差.然而滤波过程中的测量噪声协方差矩阵没有考虑系统观测量之间的相关性,这会导致滤波模型不准确,进而影响最后求解的电离层延迟的准确性.本文选取了美国19个参考站的GPS双频观测数据,利用卡尔曼滤波实时估算电离层模型系数以及频间偏差.在滤波过程中,通过将先验频间偏差的估计方差引入测量噪声方差,实现对测量噪声协方差矩阵的优化.计算结果表明,优化后得到的卫星频间偏差与欧洲定轨中心（Center for Orbit Determination in Europe,CODE）得到的频间偏差更接近.将优化后的电离层延迟代入伪距解算,得到的位置误差的标准差在东向和天顶向分别下降了12.5%和15.4%,天顶向误差平均值下降了17.6%,定位精度得到提高.     

低纬(海南)电离层等离子体漂移对地磁活动的响应

利用2003-2016年期间子午工程海南站（19.5°N,109.1°E）数字测高仪观测到的电离层等离子体漂移数据,分析了高低两种太阳活动条件下纬向和垂直向漂移对近磁静、中等磁扰和强磁扰三种地磁活动水平的响应特性.结果表明：日间纬向漂移各季节均以西向为主,随地磁活动无明显变化,白天日出附近和夜间漂移在各季节均以东向为主,随地磁活动增强而减弱,减弱程度在分季最大,在夏季最小;日间垂直漂移在零值附近变化,且不受地磁活动和季节影响,日落附近漂移仅在分季受到地磁活动的抑制,午夜前垂直漂移在分季受到抑制,在冬季因强磁扰而反向,夏季无明显规律,子夜至日出后垂直漂移在各季节随地磁活动增强而减小.与赤道区Jicamarca相比,两地漂移对地磁活动的响应相近,但在幅度和相位上存在差异,这可能是两地区的地理位置、背景电场和风场结构等不同造成的.     

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.     

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.     

磁暴期间电离层电磁离子回旋波的地方时分布差异

利用Swarm卫星的高精度(50 Hz)磁场观测数据,对2015年3月16-25日磁暴期间中纬度电离层电磁离子回旋(EMIC)波时空分布特征进行了研究.结果表明:晨侧EMIC波事件数与昏侧大致相当,午前时段明显多于子夜前时段.昏侧EMIC波高发生率与等离子体羽状结构有关,晨侧EMIC波高发生率与太阳风动压增强及稠密冷等...     

电离层周日变化对解算GPS硬件延迟稳定性的影响

针对电离层周日变化特征分析了其可能对SCORE方法估算的硬件延迟稳定性的影响. 利用BJFS以及XIAM台站的GPS观测数据, 解算了位于太阳活动高年(2001年)和太阳活动低年(2009年)的卫星硬件延迟并分析了估算的硬件延迟的稳定性. 研究发现, 电离层周日变化对估算的硬件延迟稳定性具有一定影响, 但是利用不同台站所得到的卫星硬件延迟稳定性在昼夜不同时间上的解算结果存在一定差异. 电离层周日变化对利用 BJFS台站数据解算的硬件延迟稳定性日夜差异较为明显, 在太阳活动高年利用XIAM 台站数据解算的硬件延迟日夜稳定性差异不很明显, 由于XIAM台站处于电离层赤道异常峰附近, 夜间电离层变化很大, 因此对比中纬度地区, 电离层周日变化对赤道异常峰附近地区硬件延迟稳定性解算结果的影响相对较小, 但在太阳活动低年, 其影响仍较为显著.