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.

Kriging的两步极小法在GPS高程拟合中的应用

Kriging方法的核心是变异函数的求取,建模过程中往往只考虑拟合点的点位分布情况,而没有进一步考虑各个拟合点对建模结果的影响。采用Cook距离统计方法对参与变异函数参数求解的拟合点进行筛选,可以提高参数求解的精度。将Cook距离应用于二次多项式下的Kriging模型,实验表明通过对拟合点的筛选,模型构建精度提高了34.7%。

中国大陆连续GPS时间序列垂向周期信号空间分布

利用中国大陆构造环境监测网络连续GPS基准站数据,揭示垂向周期振幅及相位的空间分布特征。结果表明,各站垂向周期信号表现出明显的季节变化,半年周期信号的平均振幅只有年周期信号的1/4,二者呈现出不同的空间分布。年周期信号的振幅在空间上自西向东逐渐递减,东南沿海地区振幅较小,川滇地区年周期振幅较大;半年周期振幅自西南向东北逐渐减小,华北地区和川滇地区的半年周期现象较为明显。年周期与半年周期信号的相位有较大差异,年周期信号的峰值出现在2月到8月之间,半年周期信号峰值大多出现在1月和5月,并且有明显的分区特征。年周期信号峰值出现的时间会随纬度的增大逐渐变晚,同纬度下沿海地区的年周期信号峰值出现月份晚于内陆;半年周期信号峰值在西南、东北、华北地区多出现在5月,在华南、华中、西北北部地区多出现在1月。

用球谐函数整体解算GPS应变场方法研究

探讨利用球谐函数方法整体解算大区域应变场的方法。用该方法对1999—2004年中国大陆区域网GPS速度场数据进行了分析,给出了该期间的中国大陆应变率场分布,并从残差分布规律角度讨论了球谐函数方法的有效性。针对该方法产生的边缘效应问题,提出了对研究区域外部进行插值后再进行应变计算的解决办法。

GPS电离层反演方法研究及其在地震方面的应用

利用地基GPS数据计算了电离层单球壳模型穿刺点上的垂向总电子含量(VTEC),根据VTEC和卫星及测站接收机的差分码间偏差DCB的不同时变特性采用了复弧法,将VTEC作为局部变量(每30min一组,可调),DCB作为一天的全局量进行解算.在解算的过程中,充分考虑VTEC的空间分布特性,利用变异函数通过Kriging插值法建立电离层VTEC的二维格网模型,并给出了卫星和接收机的差分码间偏差DCB.通过与IGS结果的比较,发现其结果可靠,且时空分辨率和稳定性都有较大提高.同时,基于简化的三元样条插值基函数对电离层电子密度进行三维展开,利用乘型代数重建技术MART算法构建了同批数据的四维层析成像结果,获得了电离层电子密度的四维分布.其结果与CHAMP无线电掩星结果非常一致.利用上面两种算法又分别对2008年5月长江三角洲地区地基GPS数据进行处理,简要分析了该时段该地区上空电离层总电子含量和电子密度的变化情况及其对汶川地震的响应.

基于GPS的压实率控制法在土石坝碾压质控中的应用

研究了基于GPS的压实率控制法在碾压质量控制中的应用 ,利用GPS采集的数据点经过计算得到压实率 ,然后通过压实率来控制碾压质量。在水布垭碾压试验中的应用实例表明 ,该法既方便又快速 ,并有很高的准确性。

基于克里金插值的GPS坐标时间序列共模误差滤波法

GPS坐标时间序列中存在时空相关的共模误差,该误差是GPS坐标时间序列的主要误差来源,去除共模误差对于探测淹没在噪声中的微弱信号有重要意义。本文在共模误差时空相关的基础上提出了一种基于克里金插值的滤波方法,经实测数据分析,证明了该方法能够有效地提取GPS坐标时间序列的共模误差,且相较于区域叠加滤波方法与主成分分析法,该方法提取共模误差的效果整体提高了5.07%。

用Kriging方法构建中纬度区域电离层TEC地图

提出了中国中北部及周边(30°N～55°N,70°E～140°E范围内)区域电离层电子浓度总含量(TEC)地图(简称CNC TEC Map)的Kriging算法.比较了目前被广泛使用的电离层模型(Klobllchar,IRI和JPL GIM)与真实的TEC分布的符合情况;比较了常数漂移(普通Kriging方法)、线性漂移和二次漂移的Kriging方法;在三种不同的时间分辨率(5min,30min和120min)下,比较了Kriging算法、就近插值算法和多项式回归算法(5阶)绘制CNC TEC Map的效果.结果显示在本文研究区域内常用的电离层模型与真实TEC分布存在较大的区别;使用普通Kriging方法就可以较好的表示华北地区TEC分布;Kriging方法的结果优于其余两种插值算法,尤其是当时间分辨率提高到5min时,Kriging算法的优势比较明显.

Kriging方法在GPS速度场网格化和应变率场计算中的适用性

从Kriging方法的基本原理出发，推导了Kriging球面应变计算公式，通过在模拟和实际GPS数据中的试算，讨论了该方法在区域GPS速度场网格化和应变率计算中的适用性。结果表明Kriging方法对GPS速度场滤波和网格插值是可行的，交叉检验及残差分析结果亦表明了Kriging方法的有效性。对比Kriging方法与最小二乘配置方法对中国大陆1999~2004期GPS速度场处理结果，发现两种方法的滤波和网格化效果相当；而应变率场结果总体分布相近，但Kriging结果自身一致性不佳，最大剪应变率的高值区是一致的，但量级上差别显著；Kriging应变率计算方法在抗差性和边缘效应处理方面不如最小二乘配置方法。

利用von Karman模型的Kriging插值用于GPS高程拟合

针对传统的GPS高程拟合方法要求学习样本分布要均匀的缺点,以平滑自协方差函数为基础,应用基于von Karman模型的Kriging方法用于GPS高程拟合,提出"曲线法"来计算von Karman模型中的v值。通过某测区GPS联测水准数据的计算,与多项式曲面拟合法及传统半变异函数Kriging插值等方法比较,表明:基于vonKarman模型的Kriging方法,对于学习样本数据分布不均的地区拟合精度更高,更适合地形条件恶劣地区GPS高程拟合。

利用泛Kriging方法构建湖南区域电离层TEC地图

文章基于电离层单层理论,选取HNCORS观测站提供的观测资料,计算湖南省区域上空VTEC,并使用泛Kriging方法进行空间插值,得到湖南区域实测VTEC分布图。通过对比GIM-TEC分布与IDW内插TEC分布,得出泛Kriging内插能够更准确精细地反映区域TEC的分布情况,且视觉质量更好,插值效果更平滑的结论。

一种GPS高程转换的新方法

提出了基于Kriging统计的二次多项式拟合模型,采用了某地区GPS水准网数据,验证了其外符合精度比常规函数模型有显著提高。

基于IRI背景场的单站电离层TEC地图重构技术

为了有效解决电离层TEC观测数据稀疏时重构问题,引入IRI-2007作为背景场,利用反距离加权法和克里格方法重构了电离层TEC地图,使用交叉检验方法检验了引入背景场前后的重构精度.结果表明,引入背景场后,一方面有效地控制了边缘地区的发散现象,另一方面重构网格点上绝对误差在-0.25～0.25 TECU之间的比例分别提高了约70%和100%,误差统计基本呈正态分布.

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.

磁暴事件对高精度TEC二维分布的影响

电离层总电子含量(TEC)是电离层探测与研究工作的重要特征参量之一.利用地基GPS接收站台网,可以获得大量的垂直TEC数据.本文提出一种高精度TEC地图重构方法,基于Kriging法对垂直TEC进行插值处理,实现了亚大区域高分辨率TEC二维分布的重构,并与实测数据对比验证了本方法的精度和有效性.基于此二维分布,分析了区域TEC值随时间、纬度的变化情况;重点分析了磁静日与磁暴期间南北半球不同纬度TEC值的不同表现特征,并给出了磁暴期间不同纬度TEC的变化趋势所存在的差异及其解释,相关研究成果可为区域高分辨率电离层监测系统的建立提供方法支撑.

青藏高原及邻区现今地应变率场的计算及其结果的地球动力学意义

许多研究人员利用GPS测量的速度资料计算了地应变率场,但其结果差异较大.本文将地质统计学中的Kriging方法引入到GPS观测的速度场研究中,通过Kriging插值得到青藏高原及邻区均匀网格节点上的速度值,然后运用有限单元中形函数(Lagrange插值函数)的求导方法,计算每个网格单元积分点处的地应变率分量,从而获得青藏高原及邻区的地应变率场的分布.计算结果显示,青藏高原主体处在南北向受挤压、东西向被拉张的应变状态之中,但高原东部地区则正好相反,即南北向拉张、东西向出现挤压.青藏高原及邻区主应变率的方位与震源机制解中P轴、T轴的方向基本一致;最大主压应变率的高值区分布在喜马拉雅主边界冲断带及附近地区,高原内部出现主张应变率大于压应变率的现象,且高原内部处在拉张应变状态.面膨胀率结果也表明,喜马拉雅山及附近地区为面收缩区,而高原内部其他地区主要为膨胀区;最大剪应变率分布清晰地显示出青藏高原周边的主要断裂带轮廓.文中的应变率计算结果预示青藏高原及周边地区现今的地应变与较长期的地质活动之间有一定的继承关系.

用于中国地区电离层总电子含量短期预报方法

电离层总电子含量(TEC)是主要的电离层特征参数之一,它的时空变化对通信、定位、雷达、导航等无线电系统有重要影响。本文给出了计算地面台站上空电离层TEC的连续时间序列的方法,在此基础上提出了一种适用于中国地区电离层TEC的短期预报方法。该方法由单站电离层预报和区域电离层重构两部分组成。单站预报中采用了自相关分析方法,能够对电离层TEC做出提前15分钟到24小时的预报;区域电离层重构采用改进的克里格方法。利用中国及周边地区33个台站的TEC实测数据进行了短期预报试验,给出了预报误差的定量估计,讨论了提高预报精度的可能途径,指出低纬站和边缘站的实时观测数据对改善中国地区电离层TEC短期预报十分重要。

一种珠江口深度基准面格网模型的建立

针对珠江口现阶段陆海高程基准不统一的事实以及由此产生的海岸带陆海数字成果无法拼接的问题,详细介绍了基于国家高程基准建立珠江口深度基准面格网模型的技术流程及构建方法。通过项目实施获取的实测数据对模型进行精度检验与方法比较,确立采用克里金内插法建立珠江口深度基准面格网模型。最后对模型的具体应用进行了阐述与展望。