子午工程二期GNSS电离层TEC与闪烁监测仪样机测试及数据对比分析

子午工程二期电离层TEC与闪烁接收机布网采用国产设备.经过连续3天的运行测试,本文以同台站同天线的国外对比设备PolaRx5数据为参考,对样机的数据进行质量评估.对于科学研究,数据的连续性和有效性,VTEC、幅度闪烁指数、相位闪烁指数这三项数据的精度是最重要的指标.本文根据科研场景设计了这些方面的数据比较标准,评估样机的数据质量,并对两种设备探测结果特征的原因进行了分析,为数据准确性的评估提供参考和借鉴.

2015年3月特大磁暴期间中国区域电离层TEC NeuralProphet预报模型研究

延迟是全球卫星导航定位中重要的误差源之一,提高电离层TEC建模和预报精度对改善卫星导航定位精度至关重要.本文构建了以太阳辐射通量指数F_(10.7)、地磁活动指数Dst、地理坐标和中国科学院(Chinese Academy of Sciences,CAS)GIM数据为输入参数的NeuralProphet神经网络模型(NP模型),实现在2015年3月特大磁暴期中国区域电离层TEC短期预报.为验证NP模型的预报精度,本文同时构建了长短期记忆神经网络(Long Short-term Memory Neural Network,LSTM)模型进行对比分析.结果统计分析表明,NP模型在磁暴期(2015年DOY076-078)TEC预报值RMSE和RD分别为0.83 TECU和3.13%,绝对和相对精度较LSTM模型分别提高1.49 TECU和10.25%;且NP模型RMSE优于1.5 TECU的比例达97.24%,远高于LSTM模型.NP模型预报值与CAS具有较好一致性和无偏性,偏差均值仅为-0.01 TECU,而LSTM模型预报值的均值偏大,偏差均值为1.49 TECU.从低纬到中纬度的三个纬度带内,NP模型RMSE分别为1.12、0.83和0.44 TECU,精度比LSTM模型提高1.94、1.56和1.23 TECU.整体上,在磁暴期NP模型预报性能明显优于LSTM模型,能够精细描述中国区域电离层TEC时空变化.

京津冀区域电离层TEC多参数融合预测模型

本文利用中国地壳观测网络(陆态网络)GPS站点实测总电子含量(Total Electron Content, TEC)数据,建立了京津冀区域电离层经验模型,并通过引入太阳通量和地磁活动数据来提高模型的性能。本文研究了电离层TEC的日变化、季节变化和地磁影响分量的函数模型,采用非线性最小二乘法拟合待定系数,提出了一种多参数经验融合模型——电离层TEC京津冀区域模型(Multi-Parameter Empirical Fusion Model-Ionospheric TEC Beijing-Tianjin-Hebei Region, MEFM-ITBTHR)——来预测京津冀区域电离层TEC。结果表明,MEFM-ITBTHR模型能够很好地拟合建模数据集。本文还对MEFM-ITBTHR模型的性能进行了地理位置变化分析、季节变化分析和地磁扰动分析。结果表明,在京津冀区域,MEFM-ITBTHR模型在不同经纬度、不同季节、不同地磁扰动下与实测TEC的预测效果、线性相关性、模型精度都优于IRI2020和NeQuick2模型。本文构建的区域TEC经验模型可为GNSS单频用户提供新的电离层延迟改正方法,同时对建立其他新的和改进现有的电离层经验模型具有重要的参考意义。

FY-3E掩星反演电离层foF2、hmF2和TEC参数精度评估

在分析FY-3E提供的每日掩星数据数量及其全球分布特征基础上,利用电离层垂测仪数据获取的F2层临界频率值(foF2)和F2层峰值高度(hmF2)、高精度全球电离层格网(GIM)及国际参考电离层模型(IRI2016)提供的总电子含量(TEC)对FY-3E掩星反演的foF2、hmF2和TEC精度进行评估。结果表明,电离层垂测仪和FY-3E反演的foF2和hmF2数据的相关系数分别为0.86和0.75,RMSE分别为0.99 MHz和19.26 km。以GIM数据获取的TEC为参考,FY-3E GPS和北斗(BDS)数据反演的TEC精度大致相当。FY-3E TEC精度与太阳活动呈负相关;FY-3E TEC与GIM TEC的相关系数为0.90,RMSE为5.23 TECu。FY-3E TEC与同高度范围的IRI2016 TEC的相关系数为0.88,RMSE为3.70 TECu。

基于北斗GEO卫星观测的桂林地区TEC空间梯度研究

小尺度的总电子含量(TEC)梯度异常会显著影响区域电离层模型以及地基增强系统(GBAS)的精度。因此,为了提高区域电离层模型的准确性和GBAS导航定位的精度,深入研究小尺度的TEC空间梯度显得尤为重要。为了研究中小尺度的空间梯度,利用2019—2022年间桂林地区全球卫星导航系统(GNSS)接收机的北斗地球静止轨道(GEO)卫星数据,对中国低纬地区(23°N 107.9°~113.1°E)电离层的TEC空间梯度进行研究分析。根据3颗北斗GEO卫星对地形成的3个相邻穿刺点(从西至东,依次编号为C02,C03,C01)的TEC观测值,构成C02-C03与C03-C01两个约为300 km尺度区域(107.9°~110.3°E,110.3°~113.1°E)的TEC梯度观测。统计结果显示,C02-C03区域的空间梯度基本为西向;而C03-C01区域的空间梯度在1~4月与9~12月为东向,5~8月为西向。这表明2个相邻区域的空间梯度在季节变化上存在差异,揭示了中小尺度空间梯度具有显著的局地效应。此外,地方时差并非空间梯度事件的主要原因。在太阳活动高年,背景TEC较高,空间梯度事件更易发生。梯度事件发生率的半年变化是TEC半年异常的体现。空间梯度事件在不同地磁条件下的发生率相似。

基于全极化SAR观测的TEC反演算法分析

电离层的色散特性决定了无线电波信号穿越其传播时会产生法拉第旋转效应(Faraday Rotation,FR).基于全极化合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)卫星观测可实现对法拉第旋转角(Faraday Rotation Angle,FRA)的测量,并进一步实现对电波传播路径上电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)的反演.为提出一种鲁棒性较强的SAR-TEC反演方法,本研究利用10组共251景PALSAR-1(Phased Array Type L-band Synthetic Aperture Radar)全极化SAR数据,对中纬度北美洲地区的FRA进行了估计,并详细对比了四种利用FRA来计算TEC的算法.为了验证计算得到的SAR-TEC的准确性,以全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)地基观测台网得到的TEC作为参考值进行对比,揭示了基于SM算法得到SAR-TEC具有最好的相关性.同时我们进一步考量了地磁场对SAR-TEC反演算法的影响,利用CHAMP(Challenging Minisatellite Payload)卫星实测的磁场数据替代由国际地磁参考场(International Geomagnetic Reference Field,IGRF)估算的磁场,进一步提升了基于SM算法得到的SAR-TEC反演精度,其与地基GNSS-TEC的相关性达到了0.97,RMSE仅为1.14 TECU.

宝鸡地区电离层TEC的变化特征研究

目的 分析宝鸡地区电离层TEC的日变化和季节变化特征。方法 通过统计太阳极大年(2014年)和极小年(2019年)的GNSS TEC数据,以及与IRI 2016模型对比,分析宝鸡地区电离层TEC的变化特征。结果 除了极大年的夏季,其他季节的日变化都类似正弦变化,在太阳极大年,电离层TEC随季节单调下降,而在太阳极小年,电离层TEC夏季最大,冬季最小。结论 宝鸡地区电离层TEC存在显著的日变化和季节变化特征,可为电波信号通过电离层的时间延迟修正提供一定的参考。

电离层层析辅助等离子体泡的TEC空间梯度研究

在严重的电离层活动时,发生的极端电离层扰动会对GNSS地基增强系统(Ground-based Augmentation Systems, GBAS)的用户构成完好性威胁,例如中国低纬地区出现的等离子体泡现象。本文针对等离子体泡造成的TEC空间梯度展开研究,提出了一种电离层层析辅助研究等离子体泡造成的TEC空间梯度的方法。首先,通过多分辨率电离层层析成像技术重构中国及周边中低纬地区在2017-09-08T12:00—17:00UT扰动最强烈时段的电离层层析图像,发现该时段内中国低纬地区出现电子密度耗竭的等离子体泡现象;其次,利用短基线双站法和时间步长法两种方法计算等离子体泡附近区域TEC空间梯度;最后,结合两者进行比较研究,验证了较大的TEC空间梯度往往存在于等离子体泡的侧壁周围,如本文在14:06UT出现在香港空域附近的最大TEC空间梯度为133.16 mm/km。同时还可以看出:层析反演的电离层图像不仅能直观地分析等离子体泡的三维电子密度分布,还可以帮助发现TEC空间大梯度产生的原因。

基于SSA-PSO-LSTM模型的电离层TEC预报

受多种因素影响,电离层电子总含量(TEC)时间序列具有非线性、非平稳性特征,为提升长短期记忆(LSTM)神经网络模型在电离层TEC预报中的精度,本文在该神经网络模型的基础上,引入奇异谱分析(SSA)与粒子群优化(PSO)算法,构建了新的SSA-PSO-LSTM模型。一方面,利用了SSA对TEC时间序列进行数据预处理;另一方面,利用粒子群优化算法改进LSTM神经网络模型参数。选用欧洲地球参考框架(EUREF)提供的格网点电离层TEC时间序列数据进行实验,实验结果表明,在磁平静期与磁暴期,该组合模型的TEC预报结果均方根误差分别为0.28个总电子含量单位(TECu)、0.83个TECu,平均相对精度分别为96.35%、91.33%,均优于对比模型,验证了本文提出的组合预报模型的有效性与优越性。平均相对精度分别为96.35%、91.33%,均优于对比模型,验证了本文提出的组合预报模型的有效性与优越性。

他莫昔芬联合TEC方案治疗晚期乳腺癌的近期疗效及对肿瘤标志物的影响

目的 观察他莫昔芬联合TEC方案治疗晚期乳腺癌的近期疗效及对肿瘤标志物的影响。方法 选取2021年2月—2022年2月南华大学附属长沙中心医院收治的晚期乳腺癌患者70例作为研究对象,采用随机数字表法分为观察组和对照组,各35例。对照组常规行TEC方案治疗,观察组在对照组基础上加予枸橼酸他莫昔芬片治疗,连续治疗至疗程结束。比较2组患者近期疗效,治疗前后肿瘤标志物[糖类抗原19-9(CA19-9)、糖类抗原125(CA125)、癌胚抗原(CEA)]、血脂指标[总胆固醇(TC)、三酰甘油(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)]及不良反应。结果 观察组患者疾病控制率为97.14%,高于对照组的80.00%(χ^(2)=5.081,P=0.024);治疗后,2组CA19-9、CA125、CEA水平和TC、TG水平均较治疗前下降,HDL-C水平较治疗前升高,且观察组下降/升高幅度大于对照组(P<0.05或P<0.01);观察组不良反应总发生率为5.71%,低于对照组的25.71%(χ^(2)=5.285,P=0.022)。结论 他莫昔芬联合TEC方案治疗晚期乳腺癌的近期疗效较好,可促进患者肿瘤标志物、血脂水平改善,且不增加不良反应发生风险。

海外首发!宁德时代TECTRANS亮相IAA

9月16日,2024德国汉诺威国际交通运输博览会(IAA Transportation 2024)正式开幕。作为全球影响力最大的商用车展之一,此次展会共吸引了来自41个国家和地区的超1650家企业参与。宁德时代携多款商用动力电池产品参展。开展当天,宁德时代发布了海外商用动力电池品牌CATL TECTRANS,并推出了五款全新产品。

利用IGS数据分析全球TEC的周年和半年变化特性

利用太阳活动高年(2000年)IGS提供的全球TEC数据,采用傅里叶展开的方法,分析了白天电离层TEC周年和半年变化的全球特征.结果显示:电离层TEC周年变化幅度在南北半球中高纬度地区较大、赤道和低纬地区很小.半年变化的幅度在“远极地区”(远离地球南北地磁极点的东北亚和南美地区)比“近极地区”(靠近地球南北地磁极点的北美和澳大利亚)大得多.进一步的统计显示,全球大部分地区TEC在春秋月份出现最大值,北半球近极地区最大值在冬季出现.南半球的南美和澳大利亚部分地区,最大值出现在夏季.同样,采用傅里叶方法分析了中性大气模式MSIS90计算的全球大气原子分子浓度比值([O/N2])的数据,发现在南北半球中高纬度地区,中性成分[O/N2]周年变化幅度较大且有明显的冬季异常现象,依据Rishbeth等提出的理论,我们认为大气成分[O/N2]可能对TEC周年变化的产生有重要作用,并且也是TEC在近极地区出现冬季异常现象的主要原因.TEC半年变化的全球分布特征形成的原因较复杂,我们初步分析可能是由于中性成分[O/N2]、太阳天顶角控制的电离层光化学产生率变化共同作用而产生的.

中国地区电离层TEC暴扰动研究

电离层总电子含量(TEC)是空间天气研究和监测预报的重要参量.本文引入了电离层TEC扰动指数DI,对青岛等6个台站的DI数据进行分析,选取DI>0.35(DI≤-0.30)作为正(负)相电离层TEC扰动的强度标准,并以连续6h及以上的DI满足该值来判定电离层TEC暴扰动事件.对电离层TEC暴扰动事件的统计分析表明,在地方时日落后至子夜前为发生高峰时段,正(负)相暴扰动事件平均持续时间约为10.9h(10.5h),正相暴发生率以冬季为多,夏季为少,而负相暴则以夏季略高.发现位于赤道异常驼峰区的广州站和位于高中纬度的海拉尔站比典型中纬地区的北京站电离层TEC暴扰动更易发生,且低纬地区以正相暴扰动为主.分析表明,约有70%的电离层TEC暴扰动伴随着有地磁扰动,但是电离层TEC暴扰动并不完全由地磁扰动所引起,强烈气象活动等局地环境因素也可能对电离层TEC暴扰动有着重要影响.

震前电离层TEC异常探测新方法

本文提出一种利用时间序列法(ARIMA模型)进行震前电离层异常探测的新方法.首先,对比分析了该方法与传统探测方法(四分位距法、滑动时窗法)预测TEC背景值的精度.结果表明,时间序列法预测背景值的精度要明显高于传统方法,且预报背景值的平均偏差要比传统方法小2倍左右,说明传统探测方法预测的背景值具有较大系统偏差.为更准确地探测震前电离层扰动,除了得到准确的参考背景值,还需得到更加合理的探测限值,由此本文提出一种更为合理的限差确定策略.最后,以2012年1月10日苏门答腊岛7.2级地震为例,利用该方法分析了其震前电离层的异常扰动情况,并验证了该方法的有效性,实验结果表明:在震前第13天、第8～9天、第1～2天和地震当天电离层均会发生较为明显的异常.而且,其正异常(观测值高于正常值)一般发生在震中以北,距发震时间相对较远;负异常(观测值低于正常值)则在震中各方向均会出现,且距发震时间较近.同时,通过对异常结果分时段统计,发现在发震时刻前,距发震时刻越近的时段发生异常的频率越高,此规律将会对未来更为准确的预报发震时段提供重要参考.

中国电离层TEC现报系统

作为最重要的电离层参量之一,电离层电子浓度总含量(TEC)可以通过当前广泛使用的全球定位系统(GPS)的信标进行观测.我们在我国北起漠河、经北京和武汉、南到三亚四个观测站建立了GPS接收站,经单站数据处理后将原始的单站GPS TEC观测数据上载到北京数据处理中心;采用我们发展的经验基函数模式算法,用实测数据估算格点TEC并提供给用户,同时生成覆盖中国疆域的TEC地图并在因特网上实时发布.这一电离层TEC现报系统是我国首个类似的技术系统,在观测站布局和TEC地图算法上有所创新.该系统已用于实时监测我国电离层环境,并可为我国卫星定位导航和测控等技术系统的电波修正提供实测电离层数据.

利用GPS对磁暴期间极区TEC变化与极区碎片(Polar Patches)的研究

利用2004年11月6-10日磁暴发生期间南极区域内的中国中山站GPS常年跟踪站（ZHON）和国际GPS服务站（CAS1,MCM4,SYOG,MAW1）的GPS观测数据,计算了可观测卫星传播路径上的TEC和ROT值,进而依据TEC的波动频率和幅度推估出极区碎片的个数,分析了极区磁暴期间电离层响应及其极区碎片特性.最终所得TEC和ROT结果与极区地磁场Dst和Kp指数信息相吻合,如实地反映了磁暴事件和极区碎片的出现.本文所做工作在国内尚未开展,因此所用方法和结论为将来这一方向的研究提供了一定的参考.

基于GPS数据的地震前电离层TEC异常研究

选取印度洋区域7个IGS站,运用2004年12月26日印度洋地震前后共计25 d的GPS观测数据,计算出高时空分辨率的VTEC。综合考虑了太阳和地磁活动参数,运用统计分析的方法,详尽阐释了地震发生前TEC减小的电离层异常现象。

2000年7月和2003年10月大磁暴期间东亚地区中低纬电离层的GPS TEC的响应研究

利用武汉电离层观象台研制的GPSTEC的现报方法及现报系统,对东亚地区GPS台网的观测数据进行处理分析,特别对2000年7月14-18日和2003年10月28日至11月1日两次特大磁暴期间的数据进行了对比考察.文中分析了两次磁暴间的电离层响应,得到对应不同磁暴时段电离层TEC的不同变化情况,着重揭示了TEC赤道异常峰的压缩和移动以及赤道异常随时间的压缩-反弹-恢复的过程,并结合高纬电离层的部分响应机制进行了说明.结果显示,两次磁暴期的电离层响应表现出了各自不同的特点,从而反映出因季节变化引起的高纬电离层暴时能量注入的不同而造成的全球性电离层扰动的不同形态.由此看出,磁暴期间电离层TEC的变化直接与太阳扰动发生的时间及其对高纬电离层的耦合有关.若短时期内连续发生多次磁暴,则电离层反应更加复杂,不能简单地当做单一磁暴叠加处理.

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.

汶川Ms8.0地震前电离层TEC异常分析

基于中国地壳运动观测网络的GPS观测数据,解算得到了汶川Ms8.0地震前中国区域上空电离层TEC分布图。用两种方法的研究显示,在相同时间和空间电离层TEC存在显著的异常扰动,即震前1～6天(除5月9日电离层TEC出现异常增加外)时间内多次出现显著的TEC异常减少,而且电离层TEC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,排除其他因素后认为该异常可能源于汶川Ms8.0地震引起的电离层效应。