电离层对民航卫星导航应用影响分析

对于应用卫星导航的民用航空运行而言,电离层是一种最为复杂的导航误差影响因素。由于电离层存在模型复杂、异常扰动和闪烁、电离层风暴的特性,尤其在太阳活动期间,可对民航导航带来致命性的影响,影响航空正常运行,国际上针对消除电离层误差提出了单一模型、相对定位以及广域增强等方法,目前国际民航组织也在开展电离层数据收集和构建区域电离层模型的工作。针对电离层形成原因与特性、消除电离层手段、电离层对民用航空导航的影响以及相应的解决措施,提出了民用航空消除电离层误差的方法和设想。     

GPS测量中大气延时误差分析

GPS测量误差主要有卫星引入的、接收机本身引入的、大气延时引入的这3个来源.其中,大气延时误差主要包括电离层延时和对流层延时,具有一定的稳定性,我们可以通过数学模型预测.电离层延时与电子含量大小有关,一般为几米,电子密度剧烈增加时,可达到几十米,对流层延时在天顶方向约为几米,在高度角较低时,可达几十米,严重影响GPS测...     

BDSBAS完好性保护级分析与研究

选取中国地壳观测网(CMONOC)的参考站中的25个站点,作为基于北斗系统的星基增强系统(BDSBAS)地面参考站;对用户差分距离误差(UDRE)和格网点电离层垂直延迟改正数误差(GIVE)的算法进行研究;利用接收机接收的北斗数据,分析与研究了中国及邻近区域的完好性保护级及完好性可用性覆盖范围。结果表明:利用所提出的方法,至少95%时间可用时,整个中国区域100%满足LPV进近对完好性保护级的要求,部分区域满足LPV-200进近对完好性保护级的要求。由此验证BDSBAS在中国建设的可行性,对在民航中的应用提供了参考。     

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.     

电离层H2O释放扰动效应的数值模拟研究

为充分研究化学物质在电离层释放的扰动效应和后期发展效果,基于化学物质在电离层的扩散模型、化学反应和电离层扩展F的控制模型,通过电离层H₂O的释放,研究电子e,H₂O,O⁺和H₂O⁺共4种粒子的分布状态,分析点源、多源和线源释放对电离层的扰动效果,比较不同高度、不同量和不同时间释放的影响结果,模拟夜间释放后期所激发的扩展F发展差异.结果表明,H₂O在电离层释放后,能有效耗散背景电子形成空洞,O⁺和H₂O⁺数密度呈椭圆形分布;点源、多源和运动目标线源等不同释放方式对电离层的扰动效果不同,证实了人工影响一定形态和区域电离层的可能性;H₂O释放扰动幅度,低层大于高层,白天强于夜晚,释放量越多扰动越突出;夜间化学释放能激发扩展F,并且释放量越多,激发效果越好.     

海南VHF雷达观测到的低纬F区电离层场向不规则体事件分析

中国海南VHF雷达具有快速扫描观测及对电离层不规则体进行二维成像的能力.采用时间序列上的连续观测,可以获得场向不规则体发展变化的一系列二维空间图像.本文对海南VHF雷达2011年10月27日夜间观测到的电离层不规则体事件进行分析,主要结果表明,本次观测到的不规则体可分为三个阶段.在初步形成阶段,不规则体开始出现时非常微弱,发展变化很慢,主要表现为向上可扩展,持续时间约14min.在扩大增强阶段,不规则体快速向上并向两侧扩展,持续时间约14min;不规则体强度前期迅速增大,后期略有减弱,空间尺度达200km以上.在东漂离开阶段,不规则体强度进一步减弱,扩展面积达到最大,主要表现为东向漂移,持续时间近30min.这次观测首次给出了海南地区上空电离层不规则体的形成和发展过程.结合其他台站的观测进行对比分析发现,海南观测到的雷达羽与其他地区的雷达羽具有明显不同,海南地区的雷达羽特性及其对应的物理过程有待进一步观测研究.     

TIEGCM集合卡尔曼滤波同化模型设计及初步试验

选择参数化的电离层热层理论模型TIEGCM作为背景模型,基于COSMIC掩星观测的电子密度廓线数据,应用集合卡尔曼滤波方法建立全球电离层电子密度同化模型,实现了全球电离层的电子密度同化.同化结果表明,该同化模型能将观测资料有效同化到背景模式中,获得全球三维电离层电子密度.与背景模式相比,同化得到的电子密度相对于观测值的偏差显著下降.对于有同化和无同化参与的试验,N_mF₂的标准偏差分别降低约60%和20%.此外,分组同化与同时同化的结果对比显示,平均偏差改善基本一致,同时同化后的标准偏差在峰值高度以上略有减小.     

利用聚类算法区分小尺度电离层行扰事件与赤道等离子体泡事件

利用Swarm卫星2015年1月1日至2019年12月31日的50Hz高频磁场数据,根据阈值判断垂直于主磁场方向的扰动,对磁纬45°N-45°S之间的小尺度电离层行扰事件进行探测.为避免混淆而产生的干扰,可以根据阈值判断平行于主磁场方向是否发生扰动,从而排除典型的赤道等离子体泡事件.但对于较弱的赤道等离子体泡事件,扰动阈值判断无效.为避免弱赤道等离子体泡事件的污染,根据小尺度电离层行扰事件和赤道等离子体泡事件在不同参数空间中的密度分布差异,利用基于密度的聚类算法将赤道等离子体泡事件进一步甄别提取.结果表明,聚类算法能够有效地将赤道等离子体泡事件从小尺度电离层行扰事件中甄选出来,并使小尺度电离层行扰事件聚类与赤道等离子体泡事件聚类形成清晰的边界.由聚类算法导出的弱赤道等离子体泡事件主要分布在磁纬15°N-15°S,地理经度20°-60°W,月份10至3月之间,并且在20:00MLT-24:00MLT存在高发生率,同时依赖于太阳活动,这也验证了前人的相关研究结果.     

敏捷数字电离层测高仪系统研制及初步观测

在小型天线和低发射功率条件下,保证电离层测高仪观测数据质量和提高观测速度一直是电离层垂测的技术难点.针对这一问题,基于新近发展的高速数字芯片和射频器件,采用窄带跟踪滤波、脉冲压缩、编码复用和天线均衡匹配等技术,设计和研制一种敏捷数字电离层测高仪.该系统采用数米高的小型收发天线和便携式主机系统,配置任意频率扫描方式频高图、高分辨率多普勒频高图和斜向探测等多种工作模式,具有可流动观测布站、系统参数灵活捷变及适合快速电离层扰动探测等能力.敏捷数字电离层测高仪为组网观测获得大范围电离层时空变化和电离层快速扰动及传播提供了一种有效的探测手段.     

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.