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通过GPS测量数据研究电离层电子总含量的逐日变化

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空间科学学报 2000年第2期20卷 97-102页

作者：萧佐张东和北京大学地球物理系 100871

提出了一种直接通过双频GPS伪距测量数据导出接收站附近垂直TEC的方法，这种方法不需要事先知道卫星和接收机电路时延的精确值，前者可在换算过程中自治地加以修正，而接收机时钟误差则利用IRI模式的夜晚平均值作为参考来订正，这一订... 详细信息

提出了一种直接通过双频GPS伪距测量数据导出接收站附近垂直TEC的方法，这种方法不需要事先知道卫星和接收机电路时延的精确值，前者可在换算过程中自治地加以修正，而接收机时钟误差则利用IRI模式的夜晚平均值作为参考来订正，这一订正存在一定的绝对误差，但不会影响逐日相对变化。却使数据处理过程大为简化．得到的垂直TEC为天顶周围60°锥角内的平均值，能够相当好地反映电离层电子总含量的周日变化．一个计算实例显示了连续三天北京地区TEC的日变化情况，证实了这一方法的实用性．文中还提出一个新概念或问题，即GPS卫星仰角很小时，通常认为多径效应造成大的误差，本文的一些实例似乎表明，这种多径效应的概念应当包括电高层不规则结构的贡献．

关键词：电离层 GPS测量数据电子总含量 TEC

利用GRACE卫星精密微波测距确定星间平均电子密度

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地球物理学报 2014年第5期57卷 1366-1376页

作者：熊超马淑英尹凡宇航动力学国家重点实验室西安710043 武汉大学电子信息学院武汉430072

本文介绍如何利用GRACE两颗卫星之间K波段双频微波精密测距和轨道数据,得到星间平均电子密度.发展了一种将连续轨道电子密度极小对齐到零的方法,以消除整周模糊度;借助CHAMP卫星朗缪探针测量得到的轨道电子密度基值以及GPS掩星数据计算... 详细信息

本文介绍如何利用GRACE两颗卫星之间K波段双频微波精密测距和轨道数据,得到星间平均电子密度.发展了一种将连续轨道电子密度极小对齐到零的方法,以消除整周模糊度;借助CHAMP卫星朗缪探针测量得到的轨道电子密度基值以及GPS掩星数据计算的等离子体垂直梯度标高,进一步修正了GRACE星间电子密度所固有的偏差;从而得到大约500km高度上长达近十年的全球电子密度数据.为了检验消除偏差后GRACE星间电子密度数据的可靠性,对比了GRACE卫星过Millstone Hill雷达上空时,非相干散射雷达观测到的大致同时和相近位置的电子密度数据,结果显示,二者之间的线性相关系数为0.97,平均偏差为-7.26%,GRACE星间电子密度总体稍微偏低,偏差的标准差为18.6%.为进一步验证本文方法所得数据的可用价值,利用消除偏差后的电子密度数据,对GRACE卫星与CHAMP卫星在近乎相同的地方时而高度不同的近圆极轨道上飞行的情况下,两颗卫星观测到的电子密度随经度和纬度的全球分布进行了对比分析.多方面的对比检验证明,本文方法得到的几乎连续10年的GRACE高度上全球电子密度数据基本可靠,为电离层气候学与天气学研究提供了宝贵资料.

关键词：精密微波测距电子总含量整周模糊度电离层电子密度垂直梯度标高

基于FY-3D电离层光度计数据开展夜间135.6nm辉光辐射强度对赤道环电流指数Dst的响应特性研究

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地球物理学报 2024年第7期67卷 2496-2505页

作者：江芳毛田付利平王劲松胡秀清贾楠王天放李叶飞中国科学院国家空间科学中心空间环境探测研究室北京100090 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100090 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100090 国家卫星气象中心北京100081 中国科学院大学北京100049 上海卫星工程研究所上海200240

远紫外气辉探测仪小型电离层光度计IPM于2017年11月15日随FY-3D卫星发射升空.IPM通过对地测量夜间O+和电子辐射复合产生的135.6 nm辉光辐射、白天光电子激发产生的OI 135.6 nm和N2LBH波段的辉光辐射,可以得到夜间电离层峰值电子密度、... 详细信息

远紫外气辉探测仪小型电离层光度计IPM于2017年11月15日随FY-3D卫星发射升空.IPM通过对地测量夜间O+和电子辐射复合产生的135.6 nm辉光辐射、白天光电子激发产生的OI 135.6 nm和N2LBH波段的辉光辐射,可以得到夜间电离层峰值电子密度、电子总含量以及白天大气氧原子和氮分子的柱密度比O/N2等参数.本文基于IPM夜侧数据研究了在非极光区的中低纬度上,135.6 nm波段辐射强度在磁暴时与磁平静时的相对变化.研究表明,135.6 nm波段辐射强度极易受到磁暴影响发生扰动,对Dst指数响应十分敏感,即使是较弱的磁暴,135.6 nm波段辐射强度也会出现增强,辐射增强出现的时间与磁暴的主相与恢复相有很好的对应性;通过与IGS(International GNSS Service)提供的TEC比对研究表明,磁暴期间135.6 nm辐射增强并非仅由与电离层电子密度信息正相关的O+和电子辐射复合机制产生的辐射贡献引起;多个不同强度的磁暴事件研究表明,135.6 nm辐射强度在磁暴时相对平静时的增加量与Dst指数呈反比,即Dst指数越低,135.6 nm辐射强度的增加量越大,且纬度越高,135.6 nm辐射强度的增加量越大.

关键词： Dst指数 135.6 nm气辉辐射强度峰值电子密度电子总含量

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基于广义回归神经网络的电离层VTEC建模

测绘学报 2010年第1期39卷 16-21页

作者：范国清王威郗晓宁国防科技大学机电工程与自动化学院自动化所湖南长沙410073

提出一种基于广义回归神经网络的电离层电子总含量建模的新方法。依据电子总含量的时空变化特性建立基于广义回归神经网络的区域电子总含量模型。结合实例,详细讨论训练样本的采样策略对网络模型性能的影响,并确定较优的模型光滑参数和... 详细信息

提出一种基于广义回归神经网络的电离层电子总含量建模的新方法。依据电子总含量的时空变化特性建立基于广义回归神经网络的区域电子总含量模型。结合实例,详细讨论训练样本的采样策略对网络模型性能的影响,并确定较优的模型光滑参数和采样策略。分别从理论和实例上与常用的多项式模型进行对比分析。结果表明在数据样本密集区域两者的精度相当,而在外推的空白区域内网络模型的精度优于多项式模型,验证网络模型的可行性和有效性。

关键词：电子总含量广义回归神经网络采样模型精度

利用GNSS数据结合NeQuick模型优化磁暴期F2层临界频率参数估计

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测绘学报 2020年第1期49卷 14-23页

作者：韩玲王解先陈艳玲柳景斌李浩军同济大学测绘与地理信息学院上海200092 中国科学院上海天文台上海200030 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

F2层临界频率foF2是高频通信的重要参数,目前获取F2层临界频率(foF2)最有效的手段是电离层测高仪,但磁暴期间电离层自身剧烈变化会造成测高仪foF2数据严重缺失。经验模型如NeQuick虽能给出foF2估计值,但磁暴期精度却不及磁静日水平。本... 详细信息

F2层临界频率foF2是高频通信的重要参数,目前获取F2层临界频率(foF2)最有效的手段是电离层测高仪,但磁暴期间电离层自身剧烈变化会造成测高仪foF2数据严重缺失。经验模型如NeQuick虽能给出foF2估计值,但磁暴期精度却不及磁静日水平。本文选取2015年12月19日至2015年12月22日磁暴期中国地壳运动监测网GNSS双频数据进行区域建模并估算出电子总含量(total electron content,TEC),利用实测区域TEC对NeQuick模型有效电离参数Az进行估计,得出NeQuick模型优化后TEC总含量和F2层临界频率foF2,并反演出磁暴期初相,主相及恢复相阶段变化过程。以中国地区台站实测数据作为参考对比,结果表明:GNSS数据优化后的NeQuick模型TEC精度大概提升了20%~40%,foF2的实时精度提升了10%~25%。GNSS优化后NeQuick模型能准确反演出电离层的由正相暴转为负相暴演化过程,而原始模型由于仅依赖于输入的太阳活动水平,只能反映出与磁静日水平相当的日变化趋势值。利用该方法可以有效提高磁暴期TEC和foF2的经验模型的计算精度,特别是弥补磁暴期foF2数据缺失的不足,可以作为磁暴期电离层垂直探测仪的有益补充或者有效参考。

关键词： NeQuick模型电离层 GNSS 电子总含量 F2层临界频率磁暴

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NeQuick模型算法研究及性能比较

武汉大学学报（信息科学版） 2018年第3期43卷 464-470页

作者：韩玲王解先柳景斌同济大学测绘与地理信息学院武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉大学地球空间信息技术协同创新中心

研究了NeQuick2算法改进及其实现方法,从不同角度分析了NeQuick2模型在全球区域和中国区域内的性能优势。一个太阳活动周期内,中国区域NeQuick2模型计算的电子总含量(total electron content,TEC)比NeQuick1模型精度有显著提升,改正精... 详细信息

研究了NeQuick2算法改进及其实现方法,从不同角度分析了NeQuick2模型在全球区域和中国区域内的性能优势。一个太阳活动周期内,中国区域NeQuick2模型计算的电子总含量(total electron content,TEC)比NeQuick1模型精度有显著提升,改正精度与太阳活动水平具有较强的相关性,低年比高年的改善效果更为显著。以全球电离层数据(global ionosphere maps,GIM)为参考标准,中国中高纬区域太阳活动低年NeQuick2模型TEC的系统年平均偏差减少了76%,年平均均方根(root mean square,RMS)值减少了约72%。太阳活动高年NeQuick2模型TEC的系统年平均偏差减少了38%,平均RMS减少了13%左右,且中高纬区域改正精度优于低纬区域11%~13%。全球区域太阳活动峰值期间NeQuick2模型TEC比NeQuick1模型日平均偏差改善了25%,日平均RMS改善了30%左右。分别用NeQuick1和NeQuick2模型得出F2层顶部区域在太阳活动峰值期电子密度随高度剖面分布,顶部电子密度剖面精度改善近40%。最后分别得出了两个模型中国区域中高纬地区E和F1层区域在100km、150km和200km高度的电子密度分布图,结果显示NeQuick2模型改善了电子密度分布状况,有效避免了NeQuick1在底部区域电子密度梯度不连续以及电离层异常结构的情况。

关键词： NeQuick模型电离层电子密度剖面电子总含量伽利略卫星导航

GPS系统硬件延迟估计方法及其在TEC计算中的应用

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地球物理学报 2001年第5期44卷 596-601页

作者：常青张东和萧佐张其善北京大学地球物理系北京100871 北京航空航天大学电子工程系北京100083

给出了用于估计GPS系统硬件延迟的卡尔曼滤波的状态方程和观测方程 ,在卫星和接收机相对硬件延迟计算方法的基础上 ,进一步给出了滤波器初值的计算方法 ,然后给出了GPS系统硬件延迟和卫星相对于平均值的硬件延迟的计算结果 ,并对GPS系... 详细信息

给出了用于估计GPS系统硬件延迟的卡尔曼滤波的状态方程和观测方程 ,在卫星和接收机相对硬件延迟计算方法的基础上 ,进一步给出了滤波器初值的计算方法 ,然后给出了GPS系统硬件延迟和卫星相对于平均值的硬件延迟的计算结果 ,并对GPS系统硬件延迟及卫星和接收机硬件延迟的稳定性进行了评价 ,结果表明 ,在两个半月的时间里 ,它们是非常稳定的 ,最后通过TEC的计算结果及其与滤波估计的比较证明了本文方法的正确性 .

关键词：卡尔曼滤波全球定位系统硬件延迟电子总含量电离层 GPS 卫星接收机

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利用ARMA模型进行电离层TEC预报

应用基础与工程科学学报 2013年第5期21卷 814-822页

作者：李磊张淑芳王轶卓胡青尹淑慧大连海事大学物理系辽宁大连116026 大连海事大学信息科学技术学院辽宁大连116026

电离层电子含量是影响卫星导航定位精度的重要因素.利用IGS分析中心提供的2006年和2007年中国境内5个IGS跟踪站的电离层电子含量数据,采用时间序列分析理论中的ARMA模型,对未来5d内的电子含量进行预报.结果表明,ARMA模型较为精确地模拟... 详细信息

电离层电子含量是影响卫星导航定位精度的重要因素.利用IGS分析中心提供的2006年和2007年中国境内5个IGS跟踪站的电离层电子含量数据,采用时间序列分析理论中的ARMA模型,对未来5d内的电子含量进行预报.结果表明,ARMA模型较为精确地模拟了1—5d的电离层网格电子含量数据.在24h预报时间内,5个跟踪站的ARMA模型预报值的绝对误差全部可控制在1TECU的精度范围内;在36h预报时间内,预报相对精度绝大部分可保持在90%以上;在5d预报时间内,电子含量预报相对精度大部分仍可达到90%以上;另外,93.3%的预报数据绝对误差小于2TECU.

关键词：电离层电子总含量 ARMA模型电离层预报

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南极电离层特征的球冠谐分析

测绘科学 2018年第10期43卷 33-38页

作者：王泽民王康李航孙伟安家春武汉大学中国南极测绘研究中心武汉430079 武汉市测绘研究院武汉430022

针对国际GNSS服务(IGS)各电离层分析中心发布的全球电离层图(GIM)在南极地区精度有限的问题,该文在收集IGS、极地对地观测网络(POLENET)计划和中国南极测绘研究中心(CACSM)的GPS数据的基础上,采用球冠谐分析理论建立了南极地区电离层电... 详细信息

针对国际GNSS服务(IGS)各电离层分析中心发布的全球电离层图(GIM)在南极地区精度有限的问题,该文在收集IGS、极地对地观测网络(POLENET)计划和中国南极测绘研究中心(CACSM)的GPS数据的基础上,采用球冠谐分析理论建立了南极地区电离层电子总含量(TEC)模型。通过球冠谐分析的零阶项系数表示的日均值与实测TEC日均值的对比,表明二者具有很强相关性,验证了球冠谐分析具有良好的物理意义,可以有效提取南极电离层的周期特征。利用球冠谐函数模型对全南极电离层在2012年季节变化、空间分布和10月地磁暴期间的响应特征进行了分析。实验结果表明,基于球冠谐分析构建的电离层模型更适用于探测南极电离层的特征。

关键词：球冠谐模型南极电离层电子总含量电离层暴