三维模式约束的电离层掩星反演方法

目前电离层掩星数据反演是基于电离层电子密度分布局部球对称近似的Abel反演方法,实际电离层的非球对称性会给电子密度反演结果带来误差.本文研究利用三维电离层模式来提供电子密度水平变化的先验信息约束电离层掩星反演的方法,即三维模式约束法;并将该方法应用于模拟掩星观测数据和实测掩星数据的反演.模拟观测数据的反演结果表明,与Abel反演方法相比,三维模式约束法能够减小反演误差.采用IRI2001模式作为约束,对COSMIC电离层掩星实测数据反演,将反演结果与全球的垂测仪数据进行比较,结果表明,三维模式约束法和Abel反演方法都能很好地反演电离层掩星.

地基GPS VTEC约束的电离层掩星反演方法

本文在分析GPS电离层掩星Abel积分变换反演的基础上,介绍了一种顾及电离层水平梯度信息的反演新方法,即地基GPS VTEC约束的电离层掩星反演法,并将该方法应用于COSMIC低纬掩星观测资料的反演.初步的统计结果表明,与经典Abel变换反演相比,地基GPS VTEC约束反演的临界频率foF2更接近于电离层测高仪观测的结果.

电离层掩星反演的变分同化方法

电离层掩星数据反演的传统方法是Abel反演法及其改进方法,而实际电离层的非球对称给电离层电子密度反演带来误差.本文研究了在气象领域广泛应用的变分同化方法在掩星数据反演电离层电子密度廓线的可行性,利用IRI和Nequick模型模拟掩星真值场和背景场进行数值模拟反演,并与Abel反演法反演结果进行对比.结果表明,变分同化反演方法能够有效综合模式和观测数据,使得反演结果精度较高;与Abel反演法相比,反演的电子密度廓线F2层峰值浓度误差在10%以下,而Abel反演法在20%～30%之间;而且变分同化反演法对误差扰动有较好的过滤性,因此实用性较强.

电离层掩星反演的TEC修正反演法

电离层掩星数据反演的传统方法是采用改正TEC的Abel变换反演法,实际电离层的非球对称性会给电子密度的反演结果带来误差.文中研究了利用TEC修正方法结合背景场来剔除TEC受电子密度水平变化的影响,改善球对称假设适用性,提高反演精度,并应用此方法于模拟掩星事件的反演.结果表明,与传统的Abel变换反演相比,TEC修正反演法能够减小反演误差.用TEC修正反演法对不同方法获取的背景场的反演结果比较表明,背景场与实际场吻合的程度越高,反演效果越好.

电离层GPS掩星观测反演技术

在电离层局部地区球对称假设下 ,推导了利用双频和单频无线电掩星观测数据 ,反演电离层电子密度剖面的两种方法 .双频反演的误差来自于载波相位的观测误差 ,单频反演误差则主要由伪距的观测精度决定 .由于载波相位测量精度比伪距测量精度高两个量级 ,因此双频反演的精度一般比单频反演的高些 .不过 ,两载波信号L1和L2之间的传播路径差异会给双频方法带来误差 .利用三维射线追踪的程序模拟的无线电掩星数据来评估这些方法 ,结果表明 ,反演出的电离层剖面与给定的模式电离层非常吻合 ,验证了两种方法的可靠性和准确性 .将这两种反演方法应用于处理实测的GPS MET掩星观测数据 ,均能获取合理的电离层剖面信息 .且单频方法得到的反演剖面与双频方法相当一致 。

电离层GPS掩星观测改正TEC反演方法

电离层掩星观测中,当低轨卫星(LEO)轨道高度较低时,轨道以上的电离层电子总含量(TEC)对掩星反演的影响不能忽略.目前,一般采用指数函数等外推方法来处理该问题,对反演结果可能引起较大误差.为提高电离层掩星反演精度,本文研究利用LEO处于非掩星一侧GPS观测数据的改正TEC新反演方法.用三维射线追踪程序计算出电离层掩星观测模拟数据,分别应用改正TEC方法和外推方法进行反演,将反演结果与所用模式值进行比较.结果表明:对于轨道高度约800km的GPS MET掩星模拟数据,外推方法和改正TEC方法反演结果都与模式值基本一致;对于轨道高度约400km的CHAMP掩星模拟数据,外推方法误差较大,改正TEC方法反演结果与模式值相符得较好.将改正TEC方法应用于GPS MET实测数据的反演,取得了合理的结果.这些说明,改正TEC算法是一种有效的电离层掩星反演方法,尤其是对于轨道较低的LEO的电离层掩星观测反演特别有用.

电离层GPS掩星反演技术研究

GPS无线电掩星技术是崭新的、高效的地球大气层和电离层探测技术,但仍在发展和完善之中.本文详细推导了 Abel积分和绝对TEC电离层反演方法,研究了如何解决Abel积分产生的上下限异常问题;用COSMIC发布的GPS原始数据进行了反演计算,将结果与地面电离层测高仪数据进行了比较,最后讨论了周跳对反演结果的影响问题.结果表明:(1)在较高轨道高度(约800 km),Abel积分与绝对TEC方法的反演结果基本一致,都与电离层测高仪反演结果符合良好;在较低轨道高度(约500 km),绝对TEC反演精度优于Abel积分反演精度;(2)绝对TEC反演的最大电子密度Nm较Abel积分法获得的结果更接近于电离层测高获得的峰值电子密度N_mF_2,绝对TEC反演法更加严密和有效;(3)周跳对绝对TEC反演结果的影响较Abel积分反演结果的影响更为敏感,但无论哪种方法,周跳对反演精度都造成严重损失.综合而言,绝对TEC反演法是更优的方法.

非球对称电离层掩星数据反演

电离层掩星数据的传统反演方法是电离层球对称假设下的Abel变换反演方法,但是实际的电离层电子密度分布不是球对称的,电离层的非球对称分布给电离层电子密度反演带来误差.发展了一种新的非球对称电离层掩星反演方法,利用国际参考电离层模型提供的三维电离层电子密度分布先验信息来修正掩星总电子含量,再通过球对称假设下的Abel变换反演出电离层电子密度.利用新方法反演了星座气象、电离层和气候观察系统掩星实测数据,并将得到的反演结果与电离层探测器资料进行了比较.结果表明,新方法能够较好地反演出电离层电子密度.