短波返回探测最小时延曲线的反演

提出一个利用短波扫频返回探测最小时延导出电离层结构参数的方法。这个方法不必引入辅助参数,只需给出二个频率点的最小时延数据和相应的斜率数据,即可导出电离层参数。      

乌鲁木齐地区电离层环境长期变化特性研究

电离层环境变化对电子信息系统具有重要影响,其可能引起短波通信质量下降甚至中断,导致导航信号闪烁和误差增加等. 研究电离层环境特性对于评估空间环境对通信、雷达及导航装备的影响具有重要意义. 本文根据乌鲁木齐电波环境观测站50余年数据,研究了乌鲁木齐地区电离层F层临界频率、F层底高、Es层临界频率的日变化、季节变化和长期变化情况,同时根据HWM07高空风场模型研究了乌鲁木齐地区高空风场的昼夜和季节变化特性.      

短波射线追踪技术中的电离层混合建模方法

在国际参考电离层模型和多层准抛物模型的基础上,提出了一种混合应用两种模型进行电离层建模的新方法.利用射线追踪技术,分别对混合模型和传统国际参考电离层模型下短波射线在电离层中的轨迹进行了仿真,得到了电波群路径.通过与实测电波群路径的对比,结果表明:对中国中纬度地区在电离层混合模型下的射线追踪精度优于传统国际参考电离层模型下的射线追踪精度,同时混合建模方法降低了多层准抛物模型对输入条件的要求,扩展了多层准抛物模型在射线追踪技术中的应用范围.     

基于GPS信号的电离层S4指数计算方法研究

电波穿越电离层时,由于受到电离层不均匀结构的影响,电波的幅度、相位、时延等有时会发生快速抖动,这就是所谓的电磁波电离层闪烁现象.电离层闪烁会影响卫星通信系统的质量和导航系统的精度.本文分析了GPS信号研究电离层闪烁的基本原理,讨论了电离层闪烁监测中S4指数的计算方法及其修正方法.通过数据模拟,评估了原始S4指数计算方法及其修正方法的性能特点.针对原始S4指数计算方法及修正方法的不足,提出了一种新的修正方法,并采用实测GPS数据对上述方法进行了检验.结果表明,上述方法是有效的和可靠的.      

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.      

电离层Es对HF和VHF传播信号的影响

Es层是存在于电离层中的电子密度非常高的偶发E层（Sporadic E）,其电子密度可达常规E层的100倍.电离层Es能够反射原本穿透F层的VHF低频段（30~150MHz）无线电波,而且对HF高频段（10~30MHz）无线电波传播具有显著影响.运用垂测和斜测观测数据,研究HF频段Es层电波传播特征,得到了不同类型及不同高度Es层的衰减系数.根据f₀E_s的日变化规律,可得HF频段衰减系数的日变化规律,进而分析并得到Es层对短波传播的影响.不存在电离层Es时,通常无法通过电离层实现VHF超远距离通信.为了对VHF链路通过电离层Es的传播衰减进行定量分析,根据EBU多条链路的观测结果,拟合并建立了电离层Es衰减模型.将该模型、ITU模型和观测数据进行对比,发现本文建立的模型准确度更高.利用建立的模型,对电离层Es不同临频f₀E_s条件下接收信号场强和电压随传播距离的变化进行了计算,结果可为VHF链路设计及建立提供参考.      

WAAS电离层延迟网格校正中的用户算法研究

从广域增强系统WAAS中对电离层延迟的网格校正算法出发,分析了用户基于网格校正的电离层校正算法,阐明了核算法的原理并详细推导了计算公式和计算过程.     

利用北斗观测数据实时监测中国区域电离层变化

北斗卫星导航信号采用三个频点工作,可以利用伪距双频组差方法解算电离层电子含量,为实时监视中国区域电离层变化提供新的技术手段.中国中低纬度处于电离层赤道异常变化区,在北纬20°±5°区域时常发生较大梯度的电离层变化.利用北斗实时多频伪距和相位观测数据,采用相位平滑伪距方法计算电离层穿刺点电子含量,分析通过北斗系统GEO卫星监测的电离层周日变化特性;采用多面函数方法拟合中国区域1°×1°分辨率的电离层延迟量,每5min绘制一幅中国区域电离层图,观测区域所有电离层穿刺点拟合残差RMS为2.778TECU;分析北斗系统实时监测中国区域电离层异常情况,当发生电离层异常变化时,相邻两天的VTEC（Vertical Total Electronic Content）峰值相差约60TECU.      

国际参考电离层IRI－90与中国实测电离层月平均电子密度剖面形状的比较

将太阳活动峰年期间中国4个电离层站垂直探测得到的月平均电子浓度剖面与国际参考电离层IKI-90进行了系统的比较。结果表明国际参考电离层所计算的峰下电子含量(或峰下半厚)总体来说偏大。一天中白天符合较好,晚上较差,对中纬台站较好,对低纬台站较差。      

利用RDSS系统测量数据提取电离层TEC参数的研究

提出了一种基于无线测定卫星业务(RDSS)系统观测数据提取电离层TEC参数的方法,利用此方法计算分析了2006年5月地面中心地区电离层垂向TEC的日变化趋势.研究结果表明,利用RDSS系统观测数据提取的电离层垂向TEC,在北京时间每日凌晨0400时左右达到最小值,在午后1400时左右达到最大值,符合电离层TEC参数受太阳活动影响较大的物理规律.结果说明研究方法是可行且有效的,文章还对可能存在的误差进行了探讨.      

大功率无线电波与低电离层的相互作用

地面入射的大功率无线电波能加热电离层等离子体，引起电离层电子温度和密度的扰动，实现电离层的地面人工变态．本文中，着重考虑电波和电离层相互作用过程中的自吸收，构造一个自治的相互作用模型，在一定功率和频率的加热电波作用下，利用该模型计算了白天低电离层电子温度和由温度的变化而引起的电子密度的变化．计算结果表明，在白天低电离层，电波的自吸收在90km以下比较显著，而最大温度变化在70km高度上，大约增加了2倍．在α复合的假设下，电子密度变化幅度随高度的增加而减少，在70km处，大约增加55％、120km处则为4％左右．     

高频电波在背景备向异性和不均匀的随机起伏电离层中的传播

运用波动理论,讨论背景为各向异性、不均匀的随机起伏电离层中高频电波的传播和散射问题,给出了电离层不均匀体散射引起的反射回波波场的起伏,并在垂测条件下计算了接收波场的相位与振幅起伏的谱分布。      

New possibilities for the vertical-incidence ionospheric sounding method

During radio wave ionospheric soundings in the HF range, reflected signal distortions are mostly determined by the parameter γ, a relative amplitude-frequency characteristic slope of he ionospheric radio channel. This paper demonstrates the possibility of using this parameter to investigate the inhomogeneous ionospheric structure. In terms of the phase screen model, there is established the association of the radio channel amplitude-frequency characteristic slope with the properties of ionospheric irregularities. On the basis of the obtained relations the experimental data are processed. Estimates are made of inhomogeneous ionospheric structure parameters.     

Method of the HF wave absorption evaluation based on GIRO network data

High frequency (HF) communication is strongly dependent on the state of the ionosphere, which specifies the mode structure of the radio wave propagating in ionosphere. Another core factor defining the strength of the HF signal at the receiving site is the ionospheric absorption. Accurate modelling the effect of absorption is an essential part of many studies of the HF propagation in the ionosphere.This paper proposes a method for estimating the absorption. The method is based on analysis of vertical sounding ionograms. The main idea of the approach is to compare the main parameters retrieved from measured and simulated ionograms. The combination of Global Ionospheric Radio Observatory (GIRO, http://giro.uml.edu) data and ionograms modelling allows for developing the empiric absorption model available at near real-time. The ionogram simulation taking into account absorption utilizes the NIM-RT (North Ionospheric Model and Ray Tracing) software. As a result, the proposed technique provides more reliable and accurate evaluation of minimum frequency at which echoes are observed in vertical incidence ionosonde soundings. The values of these frequencies should be used in the following simulation to optimize parameters in the empirical formulae for defining absorption HF wave in ionosphere.The ultimate objective of this work is the designing the method, which allows the simulating of HF radio channel accounting for regular absorption due to UV radiation of the Sun. Eventually it could be considered as some kind of the HF propagation forecasting.     

Studying characteristics of traveling ionospheric disturbances using U-shaped traces on vertical incidence ionograms

This paper presents a case study when due to the descending additional U-shaped trace on vertical incidence ionograms, increased critical frequency stabilizes. This corresponds to an ionospheric disturbance that moves toward the ionosonde and then stays overhead.Within a 2D model, traveling ionospheric disturbances (TIDs) are superimposed on the inverted background ionosphere. So ray tracing is used to obtain propagation paths through non-stratified ionosphere thus synthesizing the disturbed ionogram traces. Investigated are changes in the cusp shape caused by varying TID parameters. A cusp-fitting method to determine the TID amplitude, spatial scale, and horizontal drift velocity are shown.     

DEMETER卫星记录到的电离层加热现象

在法国DEMETER卫星运行期间, 地基电离层加热装置SURA和HAARP开展了一系列加热试验, 记录到各类电离层异常信息, 发现电离层加热过程中卫星观测的电离层扰动信号包括HF发射泵波及边带泵波、VLF人工源增强及频谱拓展、ULF/ELF/VLF调制波、ELF电磁扰动、ULF谐振波、等离子体特征参量扰动及高能粒子沉降等. 由于传播及耦合机制的差异, 发射泵波可以穿透电离层直达卫星高度, 其观测概率最高达到68%以上, 其他扰动受发射调制模式及当地电磁环境等影响,观测概率相对较低, 均在40%左右, 有些甚至是某次试验中出现的个别事例. 结合中国地震电磁监测试验卫星飞行轨道设计及载荷配置等,对未来开展加热试验进行了分析论证, 并参考DEMETER卫星试验结果给出了一些建议.      

大功率高频无线电波对赤道E区双流不稳定性的影响--PIC静电粒子模拟研究

地面入射的大功率高频无线电波(泵波)和电离层等离子体之间的参数相互作用，能够引起静电波的激发，在一定条件下，产生不稳定性．本文用PIC静电粒子模拟方法，研究泵波与赤道电离层E区等离子体的相互作用．研究结果表明，泵波能够控制双流不稳定性的发生，在不同条件下，泵波对双流不稳定性起着稳定与不稳作用，模拟结果定性地与理论研究结果相符合，这为我们对不规则体产生的地面人工控制提供了依据．     

Ionospheric differential error determination using ray tracing for a short baseline

Since the United States government discontinued Selective Availability (SA) on 1 May 2000, ionospheric effects have been responsible for the largest errors in GPS systems. The standard Differential GPS (DGPS) method is incapable of completely eliminating the ionospheric error. This paper describes a new approach to determine the differential ionospheric error between geographically distributed receiver stations. The ray paths of GPS signals were simulated using a modified Jones 3D ray tracing programme that includes the effect of the geomagnetic field. A Nelder–Mead optimisation algorithm was embedded in the program to precisely determine the satellite-to-station path. A realistic ionospheric model is essential for accurate ray tracing results and for estimates of differential error that are accurate on sub-centimetre scales. Here, the ionospheric model used in the ray tracing programme was developed by fitting realistic ionosphere profiles with a number of exponential functions. Results were compared to the theoretical approach. Results show that the differential delay is about 1–5 cm at low elevation angles for a short baseline of 10 km, as reported in other literature. This delay is often neglected in DGPS application. The differential delay also shows a pattern similar to that predicted by the Klobuchar model. The method proposed here can be used to improve future GPS applications.     

电离层扰动的GPS探测

提出了一种利用短基线GPS接收阵探测研究电离层扰动的实验新技术,在此基础上发展了一种消除观测点运动速度的影响,从探测结果中确定扰动传播参量的数据分析算法．实验结果表明,短基线GPS接收阵用于探测研究TID一类电离层扰动时,精度高,可靠性好,并能有效地探测大范围电离层扰动的传播特性．