基于北斗GEO卫星观测的桂林地区TEC空间梯度研究

小尺度的总电子含量(TEC)梯度异常会显著影响区域电离层模型以及地基增强系统(GBAS)的精度。因此,为了提高区域电离层模型的准确性和GBAS导航定位的精度,深入研究小尺度的TEC空间梯度显得尤为重要。为了研究中小尺度的空间梯度,利用2019—2022年间桂林地区全球卫星导航系统(GNSS)接收机的北斗地球静止轨道(GEO)卫星数据,对中国低纬地区(23°N 107.9°~113.1°E)电离层的TEC空间梯度进行研究分析。根据3颗北斗GEO卫星对地形成的3个相邻穿刺点(从西至东,依次编号为C02,C03,C01)的TEC观测值,构成C02-C03与C03-C01两个约为300 km尺度区域(107.9°~110.3°E,110.3°~113.1°E)的TEC梯度观测。统计结果显示,C02-C03区域的空间梯度基本为西向;而C03-C01区域的空间梯度在1~4月与9~12月为东向,5~8月为西向。这表明2个相邻区域的空间梯度在季节变化上存在差异,揭示了中小尺度空间梯度具有显著的局地效应。此外,地方时差并非空间梯度事件的主要原因。在太阳活动高年,背景TEC较高,空间梯度事件更易发生。梯度事件发生率的半年变化是TEC半年异常的体现。空间梯度事件在不同地磁条件下的发生率相似。

基于SSA-PSO-LSTM模型的电离层TEC预报

受多种因素影响,电离层电子总含量(TEC)时间序列具有非线性、非平稳性特征,为提升长短期记忆(LSTM)神经网络模型在电离层TEC预报中的精度,本文在该神经网络模型的基础上,引入奇异谱分析(SSA)与粒子群优化(PSO)算法,构建了新的SSA-PSO-LSTM模型。一方面,利用了SSA对TEC时间序列进行数据预处理;另一方面,利用粒子群优化算法改进LSTM神经网络模型参数。选用欧洲地球参考框架(EUREF)提供的格网点电离层TEC时间序列数据进行实验,实验结果表明,在磁平静期与磁暴期,该组合模型的TEC预报结果均方根误差分别为0.28个总电子含量单位(TECu)、0.83个TECu,平均相对精度分别为96.35%、91.33%,均优于对比模型,验证了本文提出的组合预报模型的有效性与优越性。平均相对精度分别为96.35%、91.33%,均优于对比模型,验证了本文提出的组合预报模型的有效性与优越性。

基于CODE GIM的震前电离层TEC异常分析

利用CODE GIM数据分析了2008年5月12日汶川地震和2010年4月14日青海玉树地震震前电离层TEC变化。以震前10天TEC中位数为基准,1.5倍标准差为误差限值,并考虑相应时期的太阳和地磁活动水平(Dst指数和Kp指数),对震前电离层异常的分布进行了分析。结果表明,两次地震震前几天内都有TEC异常出现。

中国地区电离层TEC暴扰动研究

电离层总电子含量(TEC)是空间天气研究和监测预报的重要参量.本文引入了电离层TEC扰动指数DI,对青岛等6个台站的DI数据进行分析,选取DI>0.35(DI≤-0.30)作为正(负)相电离层TEC扰动的强度标准,并以连续6h及以上的DI满足该值来判定电离层TEC暴扰动事件.对电离层TEC暴扰动事件的统计分析表明,在地方时日落后至子夜前为发生高峰时段,正(负)相暴扰动事件平均持续时间约为10.9h(10.5h),正相暴发生率以冬季为多,夏季为少,而负相暴则以夏季略高.发现位于赤道异常驼峰区的广州站和位于高中纬度的海拉尔站比典型中纬地区的北京站电离层TEC暴扰动更易发生,且低纬地区以正相暴扰动为主.分析表明,约有70%的电离层TEC暴扰动伴随着有地磁扰动,但是电离层TEC暴扰动并不完全由地磁扰动所引起,强烈气象活动等局地环境因素也可能对电离层TEC暴扰动有着重要影响.

基于GPS技术实时监测2009年7月22日日全食期间长三角区域电离层TEC变化

2009年7月22日上午发生的日全食是21世纪持续时间最长的日全食,其全食带覆盖了中国中部的长江流域,为研究日全食对电离层的影响提供了一次难得的机会.为此本文通过卡尔曼滤波算法实现了实时求解TEC和GPS系统硬件延迟,为实时监测日全食期间电离层变化提供了绝对的电离层TEC.采用上海和浙江区域内GPS网的观测数据,建立了实时区域电离层延迟模型,进而计算出了实时的VTEC和TEC变化率.同时考虑太阳和地磁活动参数,综合上述方法详细分析和讨论了长三角区域在此次日全食期间的TEC变化的电离层异常现象.

震前电离层TEC异常分析

利用地壳运动观测网络基准站的GPS载波相位观测值,对两个震例连续50天的VTEC数据做了时间序列分析,并以每15天的VTEC值的1.5倍标准差作为上下限进行震例检验,验证了震前存在电离层异常扰动。

汶川Ms8.0地震前电离层TEC异常分析

基于中国地壳运动观测网络的GPS观测数据,解算得到了汶川Ms8.0地震前中国区域上空电离层TEC分布图。用两种方法的研究显示,在相同时间和空间电离层TEC存在显著的异常扰动,即震前1～6天(除5月9日电离层TEC出现异常增加外)时间内多次出现显著的TEC异常减少,而且电离层TEC的异常驼峰有向磁赤道漂移的趋势,由于距离发震时刻较近,排除其他因素后认为该异常可能源于汶川Ms8.0地震引起的电离层效应。

震前电离层TEC异常探测方法研究

考虑到震前电离层TEC异常扰动探测方法(主要包括平均数法、中位数法、四分位距法等)的局限性,提出采用电离层TEC拟合后的剩余残差来识别TEC异常,即先对电离层TEC时间序列进行拟合,然后利用滑动时窗法进行异常识别。基于中国地壳运动观测网络GNSS观测资料解算的电离层TEC数据,采用上述方法对汶川8.0级大地震进行分析,结果显示该方法能够合理有效地探测到震前电离层TEC的异常扰动。

基于GPS的南极中山站电离层TEC特征研究

利用2000—2006年南极中山站GPS观测数据,研究中山站电离层TEC随太阳活动、地磁环境、单日、年和季节变化的特征。结果表明,GPS-TEC随太阳活动和地磁环境的影响呈线性变化特征,单日、年和季节性TEC变化表现出电离层气候学特征的同时,也出现了磁中午异常的极区特性。

2004年11月强磁暴期间中国地区电离层TEC扰动特性分析

利用28个全球定位系统(Global Positioning System,GPS)观测站获取的电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)测量数据,分析了2004年11月一次强磁暴期间的中国中低纬地区电离层TEC暴扰动特性,结果表明:电离层TEC以正相暴扰动响应为主,中纬地区的暴变扰动要强于低纬,以北纬35°附近扰动最为强烈;暴时电离层空间相关性变强,电离层相关距离由宁静日的约5 500km提升到暴变日的约8 000km;在8日的主暴扰动期间,发现伴有自东北向西南的电离层TEC暴扰动传播,自东向西的经向传播速度约为120m/s,要高于纬向传播.初步探讨表明,向赤道中性风、日侧东向急剧穿透电场以及喷泉效应等可能是导致此次电离层TEC正相暴在北纬35°附近扰动最为强烈的关键因素,也进一步揭示了电离层与太阳风、磁层之间以及电离层不同纬度区之间有着复杂的耦合过程.

震前电离层TEC异常扰动统计分析

利用IGS提供的电离层TEC资料,采用滑动平均方法,对2007年以来全球Ms7.0以上地震进行震前电离层TEC异常扰动研究。统计结果显示:94%的地震的孕震区上空出现了明显的电离层TEC异常扰动,扰动有正有负,而且负的异常扰动多发生在震前一周内,正扰动与时间没有明显的函数关系。

利用COSMIC低轨卫星对GPS信号的顶部TEC观测资料研究等离子体层电子含量的变化特征

本文尝试利用COSMIC低轨卫星对GPS信号的顶部TEC观测资料研究等离子体层电子含量(简称PEC)的变化规律.首先介绍从低轨卫星对GPS的顶部TEC观测资料提取等离子体层垂直电子含量的方法,然后利用该方法提取2008年全年的PEC数据,进而研究了2008年这一太阳活动低年PEC随地磁纬度(MLAT)、磁地方时(MLT)以及不同季节的变化规律.此外,还利用提取的120°E和300°E经度链上的数据对比研究了PEC的经度变化情形.研究结果表明:(1)PEC主要集中分布在磁赤道±45°之间的一个绕地球的环带状区域中;(2)PEC表现出以下的昼夜变化规律特征:白天时段之值高于夜间,约在12—16MLT之间达到最高峰值,而最小PEC值出现在日出前大约4—5MLT左右的时段;(3)相比其他季节月份而言,PEC在北半球夏季月份(5—8月)具有最小值;(4)PEC存在明显的经度变化,不同经度链上的PEC存在不同的季节变化特征.

2004年11月一次磁暴期间全球电离层TEC扰动分析

利用全球分布的GPS原始观测数据提取的电离层总电子含量(TEC)分析了2004年11月6日至12日期间全球电离层暴的形态特点与发展过程．结果表明,11月8日磁暴主相期间电离层暴以大范围的强烈正暴为主,在11月10日的恢复相,Dst又一次降到最低值前后期间,电离层再次受到很强的扰动,大范围的正暴和负暴交替出现．这次磁暴期间夏季半球的负暴更加强烈,反映出负暴偏向于在夏季半球发生的季节变化特点．另外,磁暴期间,夜晚TEC值普遍比磁暴前的平静期要低,具体是什么机制导致还需要进一步收集数据和分析．

2009年6至7月华南地区电离层TEC扰动研究

电离层TEC(Total Electron Content)扰动与多种扰动源相关联.2009年6至7月期间存在地震和日全食的扰动源.利用广州地区GPS监测网在2009年6至7月连续监测到的TEC数据,通过采用前15天数据的滑动窗口对数据进行处理,从时间序列和空间分布两方面分析了华南地区电离层TEC扰动特征.结果显示,2009年6至7月华南地区电离层TEC扰动和该时期发生的地震以及日全食事件可能有关联;2009年7月多个地震发生引起的电离层扰动特征为,震前出现的是正异常,发震当天或震后有可能是正异常,也有可能是负异常;7月22日日全食当天TEC扰动为正异常,推测该正异常是地磁活动、地震活动及日全食综合效应的结果.

中国西南区域孕震区电离层TEC变化长时间序列分析

通过中国地壳运动网络提供的GPS观测数据,获取了高精度电离层TEC分布,采用滑动四分位法分析了中国西南区域2008年4-10月（太阳和地磁活动平静时段）6次连续的MW6.0以上地震期间孕震区电离层TEC长时间变化及其异常分布；并在此基础上利用GIM数据对比分析了全球TEC变化特征.鉴于电离层主要受到太阳和地磁等空间天气的影响,将TEC变化与太阳EUV辐射、行星际磁场南向分量IMF Bz以及地磁活动指数Dst和Kp进行了比较.结果发现,该时段内电离层TEC异常扰动与太阳和地磁活动有很好的相关性；除汶川地震外,其他地震前没有发现明显的跟地震相关的TEC异常扰动现象.同时,对比分析了与上述研究区位于同一地磁纬度的“检验区”（30＆#176;～ 50＆#176;E,15＆#176;～35＆#176;N）的GPS TEC随时间变化和异常分布情况,结果显示TEC异常分布的时空特征与研究区域较为一致.由于电离层是一个复杂的系统,其扰动具有多源性,而且地震电离层扰动现象是复杂多变的,因此需要联合地基和天基手段共同观测,并加强其机理研究.

利用CORS进行格网化电离层TEC实时监测

为了实现对区域电离层的实时监测，利用连续运行参考站观测到的双频GPS数据提取电离层总电子含量（TEC）信息．根据卫星和接收机硬件延迟在一定时间内比较稳定的特点，利用前一天计算的硬件延迟值来修正当日卫星传播路径上的总电子含量值，从而获得实时的电离层总电子含量．由此建立单历元多站多项式模型，结果表明：当基站间距离平均约为250km时，由7个基站共同建立的实时模型内外符合精度平均优于0．8TECU（1TECU=10抛电子数／m2），将实时模型计算的电离层延迟改正信息应用于静态单频PPP定位中，点位精度能够达到0．3～0．4m，与不进行电离层延迟改正的单频PPP定位结果相比提高80％左右．因此，进一步结合格网技术，可以实现区域电离层总电子含量的实时监测．

基于飞机总能量控制系统(TECS)的飞行航迹/速度解耦控制方法研究

对飞机航迹 /速度解耦控制系统进行了分析与研究。将偏差控制与基于飞机总能量控制的解耦理论结合在一起 ,实现了对飞行速度和飞行高度的无稳差控制。对某型飞机在低动压情况下 6组典型飞行状态进行解耦控制律设计和仿真 ,结果显示该方法在所有 6组状态下均达到飞机解耦控制标准。由于所选 6组飞行状态包含飞机参数不确定信息 (有油、无油状态 )和干扰不确定信息(地面效应 ) ,从而使得所设计控制律对飞机解耦控制具有一定的鲁棒稳定性。

ARIMA模型在电离层TEC预报中的应用

电离层电子总含量的确定是影响全球定位系统定位精度一个很重要的因素,目前针对电离层建立不少的模型。文中提出运用时间序列理论中的ARIMA模型对电离层进行预报,并利用数据进行计算分析,结果表明该模型适合电离层电子总含量的预报。

电离层TEC对小耀斑的响应

利用国际GPS观测网(IGS)提供的多个台站的观测数据,分析了M级别以下的小、暗太阳耀斑对向阳面电离层TEC的影响．利用传统分析方法的结果表明,从单条视线(LOS)观测数据得到的电离层TEC及其时间变化率曲线来看,由于它们的波动水平和正常情况下的背景电离层变化相当,使此类小耀斑的信息完全淹没在背景噪声中,不能够显示和分辨出耀斑的发生．利用相干求和的数据处理方法,选用向阳面18个GPS台站的观测数据研究了一次C级SF耀斑引起的电离层TEC增加,结果发现,这种方法能有效地消除背景电离层变化噪声,电离层对耀斑的响应非常清楚和明显,这通常只能在X级别的大耀斑中看到．和GOES卫星X射线数据相比,电离层TEC变化的时间特征和耀斑爆发的开始、最大和结束时间均有很好的符合,其最大平均TEC增量在0．1TECU以下,和X级别的大耀斑相比有一个或多个量级上的差别．

电离层TEC的预测模型

电离层总电子含量(TEC)的精确预报对提高GNSS导航精度,保障无线电空间远程通讯具有重要作用。分析了IGS发布的电离层格网点总电子含量(TEC)的时间序列特点,基于时间序列分析理论,以AR模型对格网点TEC随机时间序列平稳化后建模和预报。实例分析表明,研究的预报技术和方法是可行的。