利用GPS三频数据计算电离层垂直总电子含量变化率

研究了通过采样间隔为1 s的GPS三频载波相位观测数据计算1 Hz电离层垂直总电子含量变化率(RVTEC)的方法,推导了直接采用双频载波相位观测量计算RVTEC的公式,对一般空间环境与电离层活动剧烈两种条件下L1L2、L1L5、L2L5三种载波相位组合计算的RVTEC进行了一致性分析,给出了通过三频载波相位观测数据计算电离层RVTEC的修正方法,比较了X射线太阳耀斑期间RVTEC与由传统方法计算的总电子含量变化率(ROT)响应,在双星串飞编队测高模式下对计算方法进行了应用.结果表明,L1L2、L1L5两种组合之间的一致性较好,由L1L2、L1L5组合计算的RVTEC的中误差约为0.004 TECu/s,RVTEC较ROT更能体现TEC变化的细节,在双星串飞编队测高模式下海面高梯度的计算中,电离层延迟之差可以忽略.

芦山M_S7.0地震前后电离层电子含量扰动分析

基于IGS提供的GIM数据和陆态网测站数据,采用统计学分析法对芦山MS7.0地震前后各10天的垂直总电子含量(VTEC)进行统计分析.结果显示,4月16—21日出现明显的VTEC异常减少.因此,在排除太阳活动因素后,认为电离层的异常变化有可能是地震发生的前兆信息.

利用GPS三频观测值监测电离层TEC及其变化率

三频观测数据为监测电离层总电子含量提供了更多的观测值选择。在双频观测值估算电离层总电子含量的原理基础上,利用不同纬度地区的三频GPS观测资料计算获得了电离层总电子含量值及其变化率。分析结果表明:由于GPS接收机码间偏差的影响,不同频率间组合获得的电离层总电子含量结果出现较大的系统差异,使用不同频率组合获得的电离层TEC变化率有很好的一致性。

IGS电离层图内插区域电离层电子含量精度分析

本文以重庆CORS网2007年第247天5个基准站观测数据为例,首先采用平滑伪距观测值解算各个基准站上空的VTEC值,然后将其中的4个测站穿刺点处的VTEC值采用克里金插值法内插YUBE站上空的穿刺点处的VTEC,发现克里金插值法内插的电离层穿刺点的VTEC值精度是可靠的,且比高精度的广义三角级数函数模型计算精度更高。再利用IGS电离层图,采用电离层穿刺点周围4个电离层图点和包含电离层穿刺点的所有格网点内插BANA站整点时刻的电离层VTEC值,经比较发现两者的内插精度基本一致。最后,利用包含电离层穿刺点的所有IGS电离层图点内插重庆CORS网5个基准站上空的整点时刻电离层VTEC值,经分析发现由IGS电离层图内插的5个基准站上空的VTEC值均比采用平滑伪距观测值解算的VTEC值偏大,约3.454TECU,且插值结果精度低于广义三角级数函数模型计算精度。

利用GRACE卫星精密微波测距确定星间平均电子密度

本文介绍如何利用GRACE两颗卫星之间K波段双频微波精密测距和轨道数据,得到星间平均电子密度.发展了一种将连续轨道电子密度极小对齐到零的方法,以消除整周模糊度;借助CHAMP卫星朗缪探针测量得到的轨道电子密度基值以及GPS掩星数据计算的等离子体垂直梯度标高,进一步修正了GRACE星间电子密度所固有的偏差;从而得到大约500km高度上长达近十年的全球电子密度数据.为了检验消除偏差后GRACE星间电子密度数据的可靠性,对比了GRACE卫星过Millstone Hill雷达上空时,非相干散射雷达观测到的大致同时和相近位置的电子密度数据,结果显示,二者之间的线性相关系数为0.97,平均偏差为-7.26%,GRACE星间电子密度总体稍微偏低,偏差的标准差为18.6%.为进一步验证本文方法所得数据的可用价值,利用消除偏差后的电子密度数据,对GRACE卫星与CHAMP卫星在近乎相同的地方时而高度不同的近圆极轨道上飞行的情况下,两颗卫星观测到的电子密度随经度和纬度的全球分布进行了对比分析.多方面的对比检验证明,本文方法得到的几乎连续10年的GRACE高度上全球电子密度数据基本可靠,为电离层气候学与天气学研究提供了宝贵资料.

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.

第24太阳活动周武汉电离层VTEC变化特性分析

利用2008-2015年(第24太阳活动周)中国地壳运动监测网络(CMONOC)武汉站(30.5°N,114.4°E)GPS双频接收机监测的垂直总电子含量(VTEC)数据,分析电离层VTEC变化特性,并讨论VTEC与太阳活动的相关性.结果表明,VTEC估值周日变化在14:00-16:00LT左右达到最大值;同时,电离层VTEC也表现出明显的逐日变化特性,特别是在VTEC峰值处呈现较大差异.在太阳活动高年(2011-2015),VTEC变化呈现明显的双峰结构,即所谓的"半年异常"现象,春季峰值大于秋季峰值,"冬季异常"也更为明显.在各个季节(除春季外),VTEC与F_(10.7p)的相关性最好,与F_(10.7)的相关性次之,与太阳黑子数(SSN)的相关性稍弱;秋季VTEC与太阳活动的相关性最好(Max_(F10.7p)=0.92232,Max_(SSN)=0.85575),冬季VTEC与太阳活动的相关性最差(Min_(F10.7p)=0.79028,Min_(SSN)=0.72703).

2001号台风“黄蜂”路径电离层TEC异常分析

该文以2020年太平洋台风季首个被命名的风暴--强台风“黄蜂”为例,采用国际GNSS服务组织发布的全球垂直总电子含量数据,结合双线性插值、滑动时窗及四分位距的方法,分析台风发生发展过程前后,台风路径特征点上空电离层TEC的异常情况。研究发现,电离层异常集中发生在台风起编日及其前后各一日的时间,具体时段在0:00—10:00 UTC,异常属性全部为负异常,且扰动范围先增大后减小,综合判断认为2001号台风“黄蜂”是引起这几日台风路径上空电离层形扰的原因。

X射线耀斑期间电离层VTEC的时变率

利用通过GEO卫星双频载波相位观测量计算电离层垂直总电子含量时变率（RVTEC）的方法，研究了RVTEC对太阳X射线耀斑的响应。根据载波相位观测方程，得到了RVTEC的计算公式。选取3个MGEX测站对2013～2015年间9次X级耀斑的观测数据进行了计算分析，主要结果包括：①x级耀斑期间RVTEC不一定发生明显的增大；②RVTEC与耀斑的级别、太阳天顶角没有绝对的对应关系；③所有X3．2级以下耀斑观测结果中RVTEC最大不超过0．03TECu／S。

汶川地震前电离层VTEC的异常响应

2008年5月12日我国四川省汶川县发生了8.0级大地震,基于中国地壳运动观测网络(CMONOC)的GPS观测数据,解算得到了震中上空附近的电离层VTEC;以VTEC的滑动均值为背景参考值,以2倍均方差作为误差限值,对临震一个月的VTEC资料进行了处理分析.结果显示,在震前多次出现VTEC的异常扰动,其中4月29日、5月6—7日为异常减少,5月9日为异常增加,而且电离层VTEC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,排除其它因素后可能源于此次地震引起的电离层效应.

利用地基GPS探测震前电离层TEC异常

利用地基GPS测量获得垂直电子总含量(VTEC)数据,采用统计分析方法,对亚洲3次大地震震前VTEC进行了检查。结果发现,在临震前10天之内,孕震区上空的VTEC均出现了明显的异常扰动,异常的增加一般出现在异常减少之前,但距发震时刻较远,该异常可能与太阳或地磁活动增强有关;异常的减少一般临近发震时刻,基本可以归结为地震引起的电离层效应。

GEO卫星区域电离层监测分析

由于GEO卫星的静地特性,由双频观测数据获取的穿刺点垂直总电子含量(VTEC)可以充分反映电离层的时域变化,而根据地面监测站的分布,可以进一步获取VTEC的空域变化。分析根据区域卫星导航系统观测数据计算VTEC的精度,理论分析表明VTEC精度优于2 TECU。根据实测数据计算分析我国高、中、低纬度不同穿刺点电离层平时、磁暴期间的周日变化特性和2011年全年变化特性,并与IGS全球电离层图(GIM)的穿刺点插值结果进行分析比较。结果表明,两者在电离层周日和全年变化趋势上具有很好的一致性,但磁暴期间我国低纬度地区GIM误差的峰值可达29TECU,2011年全年评估结果 GIM误差标准差为2～8 TECU。根据2011年的观测结果,电离层VTEC呈现出明显的半年异常现象。区域卫星导航系统为我国的电离层监测尤其是空间天气期间的电离层监测提供了新的支持。

基于ARIMA(p,1,1)的电离层预报模型

利用ARIMA(p,1,1)对IGS发布的电离层格网数据进行逐点建模,并对线性最小方差预测(一般预测法)和修正预测两种方法的预测结果进行比较。结果表明,修正预测法在一天的短期预测时高精度点所占比例较多,但在VTEC极值点可能会出现预测值偏离实测值较大的情况;一般预测法在较长时间内的预测精度仍较好。

利用GPS双频载波相位单历元解算电离层VTEC

探索了一种新的基准站上空垂直电离层电子浓度(vertical total electron content,VTEC)计算方法,即从单历元整周模糊度和双频观测值入手计算VTEC。结果表明:用此方法计算得到的VTEC与IGS(International GNSS Service)提供的VTEC随时间变化趋势一致,且内符合精度良好,能反映电离层活动随时间和纬度的变化规律。

玉树Ms7.1地震前电离层VTEC异常

利用中国地壳运动观测网络的GNSS连续观测站资料,解算了2010年4月14日玉树Ms7.1地震后,震中附近4个GNSS观测站(LHAS、LUZH、DLHA、WUSH)上空的TEC时间序列数据及中国区TEC二维分布的时间序列数据。从TEC时间序列图来看,其中LHAS、LUZH、WUSH站在4月1日当地时的下午TEC出现了正扰动;LHAS、LUZH和DLHA站在4月5日当地时的午夜TEC出现了正扰动;TEC的扰动自东向西漂移,其中5日的扰动区域相对较大,几乎横跨整个中国区域上空。

改进的修正预测法预报电离层

利用自回归移动平均ARMA模型的线性最小方差预测法预报电离层存在的主要问题是极值点处预测误差较大。通过对模型阶数上限及定阶准则的选取进行实验分析,确定了合适的模型阶数并建立了相应模型。修正预测法可利用新信息对线性最小方差预测法的预测结果进行修正。这是一种短期预报方法,每次向前预测一步即2 h,但结果并不理想。考虑到电离层变化的周期性,为了进一步减小极值点处预测误差,提出了改进的修正预测法。实验表明,改进的修正预测法预测结果与原始值符合较好。

基于GPS数据的震前电离层异常分析

首先利用日本及周边区域IGS站提供的GPS观测数据,计算得到了测站上空垂直总电子含量VTEC的时间序列。采用滑动平均法与非滑动平均法两种统计学方法针对日本境内某震例进行了震前VTEC值异常分析,数值结果表明地震震前出现了电离层异常现象。此外,为了探讨异常情况与地震的相关性,进一步分析了电离层异常的全球空间分布。最后,通过对比两种异常检验方法的分析结果可知,两种方法分析结果的总体趋势一致,验证了本文结果的可靠性。

地基单站GNSS的电离层VTEC高精度解算方法

利用IGS提供的双频GNSS观测数据,分析了 Kalman方法解算电离层垂直总电子含量(Vertical Total Electron Content,VTEC)存在的问题,提出了 Kriging-K alman改进解算方法,并对两种方法解算的电离层VTEC进行分析和比较.结果表明:在低纬地区,当观测卫星数量发生改变时,Kalman方法解算的VTEC存在跳变异常,Kriging-K alman方法解算的VTEC变化较为平稳,不存在跳变现象.对比分析耀斑期间两种方法解算VTEC的变化,发现Kalman方法解算的VTEC变化明显小于耀斑引起VTEC的增量;Kriging-K alman方法解算结果与实际变化相一致.表明Kriging-Kalman方法计算精度更高,能够更精确计算耀斑等剧烈异常空间天气活动期间的VTEC及其变化,有利于电离层VTEC日常精确监测、研究和工程应用.

基于重庆CORS网的电离层VTEC插值研究

通过处理重庆CORS网的5个基准站观测数据,获得5个基准站上空电离层垂直总电子含量(VTEC)。利用其中的4个测站上空的VTEC采用克里金插值和反距离加权插值内插出另外一个测站上空VTEC。将插值结果及广义三角级数函数模型计算的电离层VTEC与实测VTEC进行比较,发现克里金插值和反距离加权插值的精度比广义三角级数函数计算的精度更高,更稳定;且克里金插值精度高于反距离加权插值。

克里金插值法内插IGS电离层图精度分析

采用克里金插值法和常用插值方法内插IGS电离层图数据,获得重庆CORS网5个基准站电离层穿刺点处的VTEC值,和利用5个基准站的GPS平滑伪距观测值解算的VTEC值进行比较,发现克里金插值法和常用插值方法的内插精度相当,故克里金插值法内插IGS电离层图的精度是可靠的。