低纬地区电离层变化特征以及与IRI2012预测的对比分析

为归纳低纬地区电离层变化特征规律,对比分析国际电离层参考模型(IRI)预报模式。采用三亚地区(109.6°E,18.4°N)测高仪观测数据和IRI2012模型预测数据,对比分析了电离层在2012年中fo F2和hm F2参数昼夜、季节变化。结果表明,三亚地区电离层fo F2在8:00~14:00 LT时间段内逐渐增大,在16:00~6:00 LT时间段内逐渐减小,最大峰值16 MHz发生在12:00~16:00LT时间段内,最小峰值2 MHz发生在4:00~6:00 LT时间段;预测值相比观测值在8:00~18:00 LT大部分时间段内偏大且误差最大值为3 MHz,在18:00~6:00 LT大部分时间段内偏小且误差最大值为5 MHz。电离层hm F2在春秋分和夏季出现2个极大值,最大峰值450 km发生在12:00~14:00 LT时间段内,最小峰值200 km发生在4:00~6:00 LT时间段内;预测值相比观测值在春秋分的2:00~4:00 LT时间段内偏大且相对误差最大为0.16,在夏季的19:00~22:00 LT时间段内偏小并且相对误差最大为0.08,在冬季的2:00~4:00 LT时间段内偏大且相对误差最大为0.12。

GIM和IRI2012模式在中国地区的时空变化和扰动分析

在合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)定位中,电离层延迟是不可忽略的误差源之一,需要选择合适的电离层模型进行校正.为了验证IRI2012模式和GIM模式在中国不同纬度地区的适用性以及中国地区电离层扰动与太阳耀斑、地磁场等因素的相关性,本文利用IRI2012模式计算的TEC预测值,并结合GIM模式给出的TEC观测值对2014太阳活动低年的中国不同纬度地区TEC时空变化特性进行了分析,包括周日变化、半年变化和年变化等.此外,由于电离层扰动引起的电离层延迟对星载低频SAR定位精度影响比较严重,以IRI2012模式为背景电离层,根据电离层平静期的GIM-TEC观测值确定电离层TEC扰动指数的阈值,在太阳耀斑和地磁异常发生时统计前后一定时间的电离层TEC扰动指数.实验结果表明:IRI2012模式和GIM模式在中国低纬和中高纬度地区的空间和时间变化均符合一般规律,在中国地区具有适用性;电离层扰动指数连续5小时超过阈值0.5判定为电离层扰动事件,当中国地区位于向阳面或处于日冕物质抛射区时,其上空电离层扰动与太阳磁暴和地磁暴紧密相关.

LEO卫星单频精密定轨电离层模型改进算法

电离层延迟的有效改正是LEO卫星单频精密定轨的关键所在。目前主要采用电离层比例因子法进行LEO卫星电离层延迟改正,但该方法在电子密度峰值高度确定时未考虑太阳活动、经纬度、昼夜变化、季节等因素的影响。IRI2012模型虽然考虑了上述因素对电子密度峰值高度的影响,但因其与电离层薄层高度选择的标准不一致,通常它们之间存在系统性偏差而无法直接使用。为此本文提出将电离层薄层高度作为约束条件对IRI2012模型确定的电子密度峰值高度的均值进行参数约束估计,得到一种改进的电离层模型算法,并利用Swarm卫星GPS观测数据对其进行验证。结果表明:改进的电离层模型对Swarm卫星径向、切向和法向定轨精度均有不同程度的提高,尤其对轨道径向和法向精度改善最为明显,分别提高了31.6%和32.0%;同时较大幅度地降低了轨道的系统性偏差,尤其是在径向和法向,分别平均降低了65.0%和54.7%。

国际电离层模型磁暴模式的适用性分析

针对IRI2012磁暴模式在中国大陆强太阳活动程度和磁扰条件下的适用性问题,利用该模型模拟了电离层TEC及自由电子密度在2003年8月磁暴发生前后的时空变化,并与GPSTEC 、测高仪数据及GPS电离层层析重构结果作了比较,结果表明：IRI2012磁暴模式能够反映强太阳活动程度下TEC 的分布特征, 模拟精度可达±2.3 TECU～ ±7.4TECU,并随纬度降低而变大,TEC 周日峰值较实测数据提前2h出现,TEC 模拟值在白天偏高,在夜间则偏低;F2层自由电子密度模拟值在峰值密度和峰值高度上与武汉测高仪数据有较好的一致性,但在磁扰发生的条件下,IRI2012 磁暴模式由于不能有效的反映电子密度剖面赤道异常区域的北向移动以及赤道异常核在纬度方向的收缩和在高度方向的扩展,使得TEC 模拟精度也出现较大衰减,最大达±14.4TECU.