电离层不规则结构对GPS性能的影响

电离层不规则结构的存在可引起无线电信号的幅度和相位发生随机起伏,这种电离层闪烁现象会影响全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的性能,降低定位精度,严重时导致信号失锁.电离层不规则结构对GPS性能的影响涉及电离层物理、接收机设计和表征卫星几何分布的精度衰减因子(Dilution of Positioning,DOP)等多方面因素.本文通过对表征电离层不规则结构参数的分析,根据GPS接收机跟踪环路和闪烁信号模型,综合研究了电离层闪烁对GPS接收机载波跟踪环和码跟踪环跟踪误差的影响;结合实际观测,评述了电离层不规则结构对单频和双频GPS接收机定位性能的影响,在此基础上提出了有待深入研究的问题及具体建议.

海南电离层F区不规则体的气辉观测

本文利用子午工程海南富克站(19.5°N,109.2°E)全天空气辉成像仪630nm波段的气辉图像,通过对气辉原始观测资料进行图像增强、方位校正和图像投影等预处理,得到可清晰识别电离层等离子体泡的图像产品,获得了我国海南地区首次电离层等离子体泡的光学观测结果.在此基础上,分析了等离子体泡的形状、结构、变化、空间尺度和运动速度这些基本特征.研究显示:典型的等离子体泡形状为南北分布的条状,常出现分叉现象,大部分情况整体向西倾斜;东西方向的尺寸为几十到几百公里;典型漂移速度为50~150 m·s^(-1).统计了2013年9月至2014年5月等离子体泡观测数据,发现其出现的典型季节为9—10月和2—4月、典型时间为日落后1~2个小时并持续1~4个小时左右.

电离层对台风响应的全过程的特例研究

作为特例研究,本文对1988年和1990年两次强台风影响期间的电离层多普勒记录及相应的台风资料进行了细致的相关分析,目的是利用多普勒记录的连续性优点来了解电离层对登陆(或近海)强台风通过声重波响应的演化全过程.分析表明,在这两次台风影响期间,电离层形态中除有明显的波状扰动(中尺度声重波)出现外,还有一些值得注意的新现象:波动的时间演化表现出明显的幅度逐渐增加以及频率由高频向低频转变,在振幅很大的情况下日落后同时出现扩展F(Spread-F)现象,显示了声重波在激发电离层不规则结构方面的种子作用.这一演化过程与电离层中TIDs的线性传播理论一致,文中开展了对这一现象的非线性数值模拟,模拟结果基本上也与上述观测现象相吻合.

电离层高频多普勒记录在扩展-F研究中的应用

本文通过观测实例探讨并论证了电离层高频多普勒观测在扩展-F研究中的应用.实例和相应分析表明:首先,由于高频多普勒记录的时间连续性,有利于从观测角度了解扩展-F的时间演化过程;其次,高频多普勒偏移对不规则结构造成的回波弥散、对不同尺度行进电离层扰动(TID)以及耀斑引起的突然频率偏移(SFD)效应都很敏感,这些现象在记录上出现的时间关系有利于了解扩展-F的触发因素或扩展-F与其他电离层背景扰动之间的联系或相互作用;最后,高频多普勒记录对于持续时间较长(几小时以上)或很短(小于1小时)的扩展-F都能够完整地反映,不会产生因为观测间歇形成的缺失,也可以有效区分究竟是连续一次还是一段时间内断续的扩展-F现象.高频多普勒观测有其自身的优点同时也具有一定的局限性,本文对其局限性诸如缺乏空间分辨率等也做了分析.指出发挥高频多普勒观测的优势,综合应用多种资料,通过不同手段的数据分析和比较,可以更好地为电离层扰动的物理机制和预报研究提供正确的观测依据.

中纬地区日间类扩展F不规则结构的观测研究

基于高频多普勒观测,研究中纬地区日间类扩展F现象及其与其他电离层扰动现象的关联.结果表明:日间类扩展F具有出现时间覆盖面广、持续时间长、与其他电离层扰动相互伴随等特征;形态特征表现为回波弥散(与夜间扩展F相似),弥散回波的频移多倾向于正向偏移,有时与行进电离层扰动(TIDs)相互伴随.日间类扩展F现象虽然是偶发事件,且发生率极低,但其出现时间及区域的广泛性充分体现了该现象对空间天气及空间环境的影响具有不可忽视的重要性.

电离层TEC日落阶段涨落异常增强现象研究

重点报道了一种TEC伪距观测量的夜间抖动异常现象,分析了这种现象的观测特征,指出了夜间GPS伪距观测量的异常抖动,特别足日落后时段GPS伪距观测量的散开十分严重的现象不是个别的偶然现象.在考察了周围环境之后初步排除了这种现象是由周围地物引起的可能性,而进一步与电离层不均匀体(spread-F)的特征,特别是它发生率最大的地方时进行比较,认为这是一种电离层效应,由大尺度的电离层不规则结构造成的散射很可能是这种夜间散开的主要原因.木文仪就单站GPS观测资料认证了这种夜间强烈抖动的存在,分析了北京上空电离层中发生的不均匀体或各种扰动对GPS信号的可能影响及其观测特征,指出了夜间GPS伪距观测量的异常抖动,特别是日落后时段GPS伪距观测量的散开十分严重的现象,可以用于电离层不规则结构的研究.由于GPS没备比较简便、数据量大、精度高、适用于各种环境等特点,我们发展的单站GPS数据分析方法可能会对研究电离层TEC夜问涨落异常增加现象,包括地域、时间上的统计特性比较有利.

磁扰和磁静期间海南扩展F起始时间出现率研究

利用2002年2月至2007年12月(第23太阳活动周的下降段)近6年的海南DPS-4型电离层测高仪探测数据,对磁扰和磁静夜晚期间扩展F起始时间出现率进行统计研究.结合海南电离层观测站所观测到的扩展F类型,将扩展F区分为频率型、区域型、混合型和强区域型,分别进行统计分析.结果表明,无论磁扰还是磁静夜晚,混合型扩展F起始时间总出现率最高,最为活跃,其次为频率型和强区域型扩展F,最不活跃的是区域型扩展F;无论在磁扰还是在磁静夜晚条件下,混合扩展F起始时间主要围绕在午夜前后,且磁静时更多地起始于午夜前,而磁扰时则倾向于延至午夜后,频率型扩展F在午夜后较高.而强区域型扩展F则在午夜前较高.在本次太阳活动下降阶段,强区域型与区域型扩展F的起始时间出现率逐年与太阳活动呈现一定的相关性.所得结果有助于分析不同类型扩展F在形态和机制方面的差异.