一种近实时全球电离层数据同化和预报系统的构建与实现

电离层天气变化正成为目前空间天气预报最重要的内容之一,建立一个可靠的、精确的电离层特征参量现报和预报系统对空间科学研究及军民用无线电信息系统保障均具有重要价值。基于国际GNSS服务组织(International GNSS Service,IGS)的地基GNSS和全球电离层无线电观测站(Global Ionospheric Radio Observatory,GIRO)数字测高仪的实时数据,以国际参考电离层(International Reference Ionosphere,IRI)模型为背景模型,采用高斯-马尔可夫-限带卡尔曼滤波同化技术,结合超大规模矩阵稀疏存储与处理方法,在云计算平台上构建完成了近实时全球电离层数据同化和预报系统(near-Real-Time Global Ionospheric Data AssiMilation and forecasting system,RT-GIDAM)。该系统具备了全球电离层TEC和电子密度的近实时(延时约5 min)、较高空间(5°×2.5°)和时间分辨率(15 min)的同化和预报功能,可为空间物理研究及相关无线电系统应用提供数据支撑。

电离层探测及模化技术研究综述

电离层作为日地空间环境的重要组成部分,会对穿越其中的无线电波产生折射、反射、散射和吸收等效应,从而影响卫星导航、通信、雷达等诸多无线电信息系统的性能.利用各类技术手段来探测电离层的特征参量,揭示其内含的变化规律,并在此基础上构建出满足空间科学研究与系统应用的电离层模型,具有重要的价值.本文首先介绍了现有常用的地基和天基电离层探测手段;其次,调研总结了国内外在经验电离层模型、理论电离层模型、数据驱动电离层模型及机器学习建模方面的发展现状;再次,给出了导航系统电离层单频延迟修正、雷达系统电离层折射误差修正和通信/导航系统信号闪烁中断预警等三个典型应用场景中的电离层模型开发情况;最后,对电离层探测和模化技术的发展趋势进行了分析.

空间目标监视雷达电波折射修正方法

电波环境造成的电波折射对空间目标监视雷达的探测精度影响非常大。论文对对流层和电离层进行数学建模;提出采用数据驱动模型的方法更新模型,以此提高模型精度;推导了目标位于大气层内和电离层内的电波折射修正公式;采用气象实测数据和电离层探测数据分别驱动对流层和电离层模型,并开展了2种模型精度分析验证。最后对空间目标监视雷达开展了电波环境折射修正仿真验证,实验结果表明:雷达斜距测量误差减小了36.9%,仰角测量误差减小了24.3%。论文提出的方法已在某型雷达进行了工程应用,与原系统经验公式修正相比,修正效果明显。

一种基于截断奇异值分解正则化的电离层层析成像算法

提出了一种基于截断奇异值分解正则化(Truncated Singular Value Decomposition,TSVD)的电离层层析成像算法.该算法选择球谐函数与经验正交函数作为表征电离层电子密度空间变化的基函数,以降低背景模型对层析成像的影响;利用广义交叉验证法来选择合适的截断参数,提高了算法的稳定性和反演精度.基于中国区域23个观测站的电离层层析成像仿真结果表明:与乘法代数重构算法(Multiplicative Algebraic Reconstruction Technique,MART)相比,基于TSVD正则化的电离层层析成像算法能够在不需要背景电离层电子密度作为先验条件的情况下,实现电离层电子密度的有效反演.

一种融合天地基多源数据的电离层反演方法

数据融合是观测数据稀疏条件下电离层精确反演的重要技术途径.文中提出了一种融合天地基多源数据的电离层反演方法.选择地基GNSS、低轨卫星(Low Earth Orbiting,LEO)掩星、卫星信标及垂测仪等手段为观测系统,国际参考电离层(International Reference Ionosphere,IRI)为背景模型,利用改进的克里格插值及乘法代数重构方法实现多源数据的有效融合.以中国区域为例,观测系统模拟试验的结果表明:文中提出的方法能将各类观测资料有效地融合到背景模式中,反演得到的总电子含量及电子密度误差相比经验模型均有显著降低;在地基GNSS观测的基础上,融入地基垂测与天基掩星可有效提升电子密度的反演精度.相关研究结果可为中国现有电离层观测系统的优化提供科学依据.

一种基于LEO卫星信标的电离层层析成像新算法

LEO卫星信标是电离层监测的重要手段之一.利用电离层层析成像算法,LEO卫星信标能够实现区域电离层电子密度的快速重构.针对LEO卫星信标的特点,本文提出了一种函数基模型与像素基模型组合的电离层层析成像新算法.选择差分相对电离层总电子含量作为输入数据源,先通过函数基模型法获取电离层电子密度初始分布,再利用像素基模型法对初始分布进行二次迭代重构,该方法可有效降低电离层层析成像对背景电离层模型的依赖,同时能够实现电离层小尺度扰动结构的有效反演.利用数值仿真方法及低纬度电离层层析成像网的实测数据的反演结果验证了本文提出的新算法的可行性和可靠性.

电离层多源数据同化方法研究

多源数据同化是实现电离层天气现报和预报的重要途径.选择参数化电离层模型作为背景模型,基于地基全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)观测以及第二代气象/电离层气候卫星探测系统(Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere and Climate 2,COSMIC 2)掩星测量,利用经验电离层模型NeQuick计算得到多源观测数据,结合水平和垂直方向分离的高斯型协方差矩阵及卡尔曼滤波方法实现了中国区域电离层多源数据同化反演.同化结果表明,多源数据同化方法能将观测资料有效地同化到背景模式中从而获得较好的同化结果.与背景模式相比,同化后得到的电离层总电子含量及电子密度误差均显著下降.

基于地基GNSS和COSMIC掩星数据吸收的三维电离层电子密度重构方法

精确给出电离层的实时变化信息对现代通信和卫星导航等系统可靠应用具有非常重要的意义.为提高电离层经验模型电子密度的输出精度,提出了一种基于地基GNSS和COSMIC掩星数据吸收的三维电离层电子密度重构的新方法.以最新版国际参考电离层模型IRI-2016为背景模型,选择IG指数与Rz指数作为驱动量,采用Brent算法分两步实现了地基GNSS和COSMIC掩星数据的吸收.与欧洲区域8个垂测站实测数据的对比表明:数据吸收后模型重构的电离层NmF2的绝对平均误差和标准差分别下降了33%和29%;电离层hmF2的重构误差则分别下降了约55%和30%.对比结果验证了所提方法的精度和有效性.

地基GPS与掩星联合的电离层层析成像方法研究

由于有限视角、稀疏布站等原因,地基GPS电离层层析成像存在垂直分辨率不高的问题,联合掩星进行电离层层析成像是一个重要的解决途径。一方面地基GPS观测能保证电离层层析成像的时间连续性和区域覆盖性;另一方面由于掩星信号能够提供地基GPS没有的水平射线信息,提升了电离层层析成像的垂直分辨率水平。利用地基GPS站与COSMIC卫星的掩星观测进行的仿真结果表明:与仅利用地基GPS相比,联合掩星进行电离层层析成像,不仅在电离层电子密度反演精度方面有明显提升,而且在电离层F2层峰值高度(hmF2)和电离层总电子含量(TEC)的精度方面同样有明显提高。

开放性骨折早期外周血T细胞亚群及可溶性白细胞介素—2受体的变化

目的：研究不同程度开放性骨折早期机体免疫状态。方法：伤后ｄ３留取外周血样本，采用流式细胞法及双抗夹心ＥＬＩＳＡ法对３２例开放性骨折患者及２０例正常体查者的Ｔ细胞亚群及ｓＩＬ－２Ｒ进行了检测。结果：与对照组相比ＣＤ３及ＣＤ４细胞百分比明显下降，ＣＤ８细胞百分比明显上升，ＣＤ４／ＣＤ８值下降明显（Ｐ＜０．０５，Ｐ＜０．０１）；开放性骨折ｓＩＬ－２Ｒ水平明显高于对照组（Ｐ＜０．０１）。结论：开放性骨折早期机体处于免疫功能抑制状态。提高伤后机体免疫功能可能成为降低其感染率的有效手段。

地基GNSS和天基掩星观测对全球电离层数据同化效果的影响分析

电离层的精确现报预报对装备系统效应减缓及空间科学研究均具有重要的应用价值.地基GNSS和天基掩星是电离层数据同化最为重要的数据来源之一.通过观测系统仿真试验(observation system simulation experiments,OSSE)对四种不同的观测系统条件下的全球电离层数据同化效果进行了定量分析,数据同化的总电子含量(total electron content,TEC)及三维电子密度参量技术得分(skill score,SKS)的评估结果表明:1)观测构型对数据同化现报和预报精度均具有重要影响.2)仅仅同化地基GNSS数据,其同化的TEC精度相比背景模型会有较明显的改善,TEC现报、提前1 h预报、提前2 h预报和提前3 h预报的SKS分别为0.45、0.39、0.32和0.25;但电子密度的现报和预报结果相比背景模型的改善则相对有限,电子密度现报、提前1 h预报、提前2 h预报和提前3 h预报的SKS仅为0.05、0.04、0.03和0.02;通过融合掩星观测数据,其电子密度的精度会有明显提升.3)在掩星卫星数量较多且观测数据的覆盖性较好的条件下,仅同化掩星TEC观测数据就可以获得准确的TEC和电子密度现报与短期预报结果;大规模掩星星座的观测比仅利用地基GPS观测进行同化,其TEC现报、提前1 h预报、提前2 h预报和提前3 h预报的SKS分别提高了0.2、0.17、0.14和0.12;电子密度SKS分别提高了0.39、0.35、0.28和0.22,电子密度SKS的提升幅度要优于TEC.4)现有的观测系统布局对中低纬区域的数据同化精度的提升效果要优于高纬区域;5)随着预报时间的增加,数据同化的精度呈现下降的趋势.随着未来微小卫星数量的快速增加,天基掩星观测将对电离层状态的精确表征产生不可估量的作用,相关研究可为我国天地基电离层观测系统的设计和构建提供技术参考.

一种基于离散余弦变换-惩罚最小二乘回归的区域高分辨率电离层TEC地图重构方法

高时空分辨率的电离层TEC地图对中小尺度电离层扰动的分析和建模具有重要的应用价值.利用中国大陆构造环境监测网络和国际GNSS服务(international GNSS service,IGS)的地基GNSS监测数据,基于离散余弦变换-惩罚最小二乘回归(discrete cosine transform and penalized least square regression,DCT-PLS)算法,实现了区域高时空分辨率(1°×1°×15 min)电离层TEC地图的重构.通过与2014年和2018年部分Madrigal高精度TEC数据的对比结果表明,DCT-PLS算法给出的垂直TEC一致性和稳定性相比欧洲定轨中心(Center for Orbit Determination in Europe,CODE)的全球TEC地图(global ionospheric map,GIM)数据有明显提升,其中TEC平均误差由3.9 TECU下降为2.0 TECU,标准差由3.7 TECU下降为2.7 TECU.对2017-09一次磁暴期间的电离层重构结果表明,本文算法能够较好地再现磁暴期间电离层精细化的扰动结构特征,相关研究结果可为实现区域高分辨率电离层监测和应用提供技术支撑.

一次中等磁暴期间全球电离层TEC及ROTI指数变化分析

地磁暴发生时,电离层会有偏离平均水平的强烈扰动.基于全球电离层TEC及其时间变化率ROTI(Rate of TEC Index)数据,对2014年8月一次中等强度磁暴期间的全球电离层影响进行了分析,探讨了磁暴所引发电离层暴的可能机制.研究发现,本次磁暴伴随有明显的电离层暴效应.磁暴期间:南半球电离层以正相暴为主,北半球电离层暴则整体表现为短暂正相暴后长时间强的负相暴;电离层在北半球的下降比南半球强,并且这种下降持续了约一周时间;低纬区域电离层变化幅度明显小于中纬区域,高纬区域则主要表现为负暴效应;赤道北驼峰出现了明显的南移现象,直至磁赤道两侧双驼峰结构消失.对磁暴期间三个不同扇区的电离层ROTI变化的分析表明:欧洲—非洲扇区磁暴前有电离层闪烁发生,磁暴发生后消失,而东亚—澳大利亚及美洲扇区则无此现象出现.研究结果表明,此次磁暴期间的电离层变化存在明显的时间和空间差异.

积极开展中医药文字翻译的研究

翻译是架起在不同国度、不同地区和不同文化间相互交流、相互了解和相互学习的桥梁 ,是推动全球一体化、促进国际大循环的纽带。随着中国加入WTO ,具有悠久历史的中国医药学必将在全世界得到更为深入和广泛的传播与应用。这不仅为中医学走向世界提供了一个良好的契机 ,也对中医翻译提出了新的要求。为了促进中医药翻译研究的不断深入以适应中医药对外交流的需要 ,我刊自本期起新设“医学翻译研究”栏目 ,以期为我国的医学翻译研究提供一个交流与争鸣的园地。无论是西医翻译、中医翻译还是其他民族医学的翻译 ,都属于医学翻译的范畴。虽然各具特色 ,但译理相通。我们希望本栏目能成为医学翻译工作者总结翻译经验、研究翻译理论、探讨翻译问题、交流翻译体会、开展翻译批评的学术论坛 ,以推动中医药翻译的规范化进程和学科建设步伐。欢迎海内外的医药翻译工作者及相关领域的研究工作者积极参加交流和讨论。我们相信 ,通过医学翻译界的共同努力 ,在不久的将来 ,中国医药学与世界医学界的“天堑”必将变“通途”。

《广州中医药大学学报》20年回顾

回顾《广州中医药大学学报》创刊的背景、办刊的特点和办刊的成效,体会到《广州中医药大学学报》20年来办刊一直坚持的三个重要定位——中医特色、学术前沿性和编辑规范性,正是该刊遵循办刊规律的具体体现,是该刊能够一步一个脚印地提高信息的传播效能,扩大刊物影响力的重要原因。

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.

一种融合测高仪与地面GPS数据的单站电离层反演方法

电离层层析成像技术非常适用于检测电离层电子密度的大尺度空间分布及其扰动。利用地面单站的GPS TEC值和另一站的数字测高仪观测数据,结合国际参考电离层(IRI),利用MART算法反演得到测站上空电子密度的垂直分布。利用白天和夜间的实测数据进行了CIT反演,结果表明了该方法的可靠性。

一种联合地基GNSS和测高仪数据的电离层层析成像新算法

电离层层析成像(computerized ionospheric tomography,CIT)技术是获取区域大范围电离层三维结构非常重要的手段之一.针对单独使用地基GNSS进行三维CIT的不足,提出了一种联合地基GNSS和测高仪数据的三维CIT方法,其综合了测高仪探测电离层垂直分辨率较高和地基GNSS水平分辨率较高的优点,以测高仪数据驱动更新IRI模型,将更新后的IRI模型作为背景电离层模型,再利用改进的代数重建迭代(algebraic reconstruction technique,ART)算法结合地基GNSS TEC数据进行CIT;基于IGS、中国陆态网地基GNSS台站及全球电离层无线电观测网(global ionospheric radio observatory,GIRO)测高仪数据实现了中国及周边区域三维CIT,分别采用Madrigal TEC数据和中国区域独立的测高仪数据对CIT获取的TEC和电子密度进行评估.TEC精度评估结果表明,CIT算法的TEC平均误差和标准差相比IRI模型及CODE GIM数据均有明显降低;电子密度评估结果表明,单纯依赖地基GNSS进行CIT可以提升foF2的精度但无法有效提升hF的精度,而联合测高仪数据后,电离层foF2和hF的重构精度均有明显提升,其中hF的平均误差和标准差从20.6 km和16.5km下降为14.8 km和11.7 km,说明测高仪数据对CIT垂直分辨率的提升作用明显.