由高频无线电波反射回波参数反演电离层运动和结构的高度剖面

本文从广义电波射线微分方程组出发,导出了时变、不均匀和各向异性电离层介质中高频无线电波反射回波的可测参数与电离层的运动和结构参数之间的积分方程组,并给出了利用现代数字测高仪中的多普勒图、定向图、频高图和测距图,反演电离层的结构和运动随高度的分布剖面的计算方法.根据这种反演方法,单站探测电离层运动和结构剖面时有多种可测参量的组合方式.文中提出了一种最佳的参量组合方案,为探测设备的改进和观测记录的分析提供了理论依据.     

电离层频高图的剖面模拟换算法

本文提出一种频高图的剖面模拟换算法,利用寻常分量描迹确定多层结构电离层剖面的分析表达式.此方法程序简单,不必度量太多数据;适用于电离层台站网的日常剖面分析.     

射电天文中电离层折射的计算与改正

本文利用极坐标下斯涅尔定律,系统地讨论了电离层折射对赤经赤纬的修正问题,并据此给出了射线描迹法。结合北京地区电离层探测资料,对电离层折射造成的赤经赤纬的修正进行了理论估算,得到了一些有意义的结论。     

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.     

超高频无线电波经过三维不均匀电离层的折射效应

本文导出超高频无线电波经过三维不均匀电离层折射误差的计算公式。包括无线电波和无线电脉冲的到达角误差,相位延时误差和群延时误差。电离层引起的折射误差展开成1/f的幂级数。由于高级项误差的表示式太复杂,所以本文只给出到第三级效应。考虑到一些跟踪定位系统已经具有修正电离层一级效应的能力,故计算二级、三级效应会有助于估计消除一级效应后的剩余误差。     

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.     

电离层掩星反演的TEC修正反演法

电离层掩星数据反演的传统方法是采用改正TEC的Abel 变换反演法, 实际电离层的非球对称性会给电子密度的反演结果带来误差. 文中研究了利用TEC修正方法结合背景场来剔除TEC 受电子密度水平变化的影响, 改善球对称假设适用性, 提高反演精度, 并应用此方法于模拟掩星事件的反演. 结果表明, 与传统的Abel 变换反演相比, TEC 修正反演法能够减小反演误差. 用TEC 修正反演法对不同方法获取的背景场的反演结果比较表明, 背景场与实际场吻合的程度越高, 反演效果越好.     

磁暴期间中纬度电离层剖面结构变化的数值模拟

利用电离层理论模型模拟了磁暴期间热层大气温度、成分、中性风和电场扰动对电离层电子密度剖面结构，特别是峰值密度和峰值高度变化的影响，结果表明，热层大气温度变化所引起光化反应系数的改变对电离层剖面结构影响不大；热层大气成分特别是Ｎ２／Ｏ的变化能有效地引起密度剖面变化，Ｎ２增加足以使峰值密度产生所观测到的负相暴；由中性风和电场引起等离子体漂移是峰值高度ｈｍＦ２变化的主要原因，但对电子密度的影响不足以抵消     

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.     

厦门电离层垂测仪电子浓度剖面最优插值同化的初步建立

最优插值(Optimal Interpolation, OI)同化是一种利用最小二乘法使分析误差方差极小化的方法. 提出并建立了一种电离层一维剖面最优插值的同化方法. 借鉴及参考气象的同化方法, 基于最优插值方法, 采用厦门电离层垂测仪2009年6至8月观测数据和一维电离层理论模式(IGGCAS1D)背景值来构建误差协方差, 并进行同化试验和分析预报. 结果表明方法可靠, 没有出现同化时背景数据与观测数据偏离较大的问题, 同化后所得结果与观测数据符合较好.     

电离层Es电波传播模型研究

考虑大气折射的影响,对不同高度Es层条件下大圆路径传播距离与仰角的关系进行计算.基于电离层Es电子密度时空分布特点,建立高阶Es反射模型;运用高阶修正贝塞尔函数表示电离层Es电子密度扰动的自相关函数,综合考虑电离层Es各向异性结构的尺度关系,建立高阶Es散射模型.仿真计算Es层VHF斜入射传播衰减与频率、距离的关系.对于反射模型,Es层厚度越厚,电波衰减越大.对于散射模型,Es层不规则体水平尺度相同,垂直水平漂移的尺度越大,衰减越大;而垂直水平漂移的尺度相同,水平尺度越大,衰减越小.无论反射模型还是散射模型,f₀E_s越高,衰减越小;电波工作频率越高,衰减越大.对比建立的模型与VHF链路的测量结果,明确不同强度的电离层Es反射/散射机制,证明了建立模型的正确性.     

海南地区电离层不规则体纬向漂移速度的观测和研究

根据中国海南富克(19.3°N,109.1°E)三点GPS观测系统2007年3月至11月的观测数据,利用互相关方法分析了三站闪烁信号的时间延迟,得出了不规则体纬向漂移的基本特征.在中国海南地区,闪烁主要发生在春秋季节,夜间不规则体的纬向漂移速度以东向为主,大小在50～150 m/s之间;平均东向漂移速度随时间呈下降趋势.另外,在闪烁刚发生时,不规则体纬向速度起伏较大,这可能与不规则体的随机起伏以及等离子体泡产生时垂直速度较大有关.中国海南地区不规则体纬向漂移速度的这些基本特征与低纬其他地区的测量结果较为一致.     

地磁暴期间中国中低纬电离层的CIT研究

利用电离层层析成像技术(Computerized Ionospheric Tomography, CIT)处理115°E子午圈附近6个台站的GPS观测数据, 分析了2004年11月地磁暴期间中国中低纬电离层的响应情况. 结果表明, 电离层呈正相扰动, 且不同高度上的响应不同, 800 km以下电子密度有不同程度的增加, 且在峰值高度附近增幅最大, 800 km以上地磁暴的影响并不显著; 伴随地磁能量的注入, 赤道异常峰极向扩展; 随磁扰强度的降低, 电子密度也逐渐恢复至平静水平. 这些结果与以往的理论和观测结果一致, 初步估计扰动是由热层暴环流引起的, 并受到赤道异常峰移动的影响.     

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.     

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（Rate of TEC Index）。将该计算结果作为扰动观测量,在纬度与经度的网格上投影形成1 h分辨率的ROTI地图。ROTI地图能够体现几千米到几十千米的电离层不规则体,分析2015年3月期间电离层平静和扰动剧烈时ROTI地图发现,这种大尺度的不规则体主要分布在高纬和低纬区域,磁暴期间ROTI地图会出现数值和扰动面积上的变化,ROTI地图在一定程度上能够表现全球电离层不规则结构的扰动。在此基础上提出了新的全球ROTI扰动指数(Global ROTI index, GROTI),分析结果表明高纬区域的GROTI与地磁指数Kp及AE指数存在良好的相关性。