基于混合格网层像重构的电离层层析方法

摘要

基于全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite Systems，GNSS）的电离层层析技术是电离层三维结构探测与反演的重要手段。受观测射线不均匀覆盖及三维层析先验信息匮乏等因素影响，电离层层析反演的精度往往不高。现有提高电离层层析精度的研究主要面向反演算法的改进，较少的关注层析格网的划分。本文认为层析格网划分的优化有助于提高层析反演的精度。为此，首先通过数值模拟实验探讨了格网分辨率对电离层层析精度的影响，得出了降低部分格网分辨率可提高另一部分区域成像精度的结论；在此基础上，设计了一种基于混合格网层像重构的电离层层析方法，并利用平静期和磁暴期的电离层探测仪数据验证了其有效性；之后，分析了不同格网的混合形式、不同分辨率设置以及不同的分割高度对本文方法精度的影响，在此基础上对基于混合格网层像重构的电离层层析方法进行了进一步优化。相对于传统采用均一格网的电离层层析方法，优化后的方法在平静期RMSE及MAE可减少23.93%和19.77%，在扰动期可减少12.47%和17.98%；最后，利用本文方法对震前电离层的三维结构进行了反演，结果表明，本文方法能较好地反映震前电离层的异常扰动这一现象。本文主要的创新点有： (1)提出了一种基于混合格网层像重构的电离层层析方法，可有效提高电离层层析反演的精度。 (2)揭示了不同格网的混合形式、不同分辨率设置以及不同的分割高度对基于混合格网层像重构的电离层层析方法精度的影响，提出了该方法的进一步优化策略。

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致谢

变量注释表

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 电离层层析算法优化

1.2.2 层析格网划分优化

1.2.3 研究现状分析

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

2电离层及其层析技术

2.1电离层结构及描述

2.1.1 电离层分层结构

2.1.2 磁暴及磁暴指数

2.1.3 电离层经验模型

2.2基于GNSS的电离层层析技术

2.2.1 电离层层析技术原理

2.2.2 电离层层析数据处理

2.3电离层层析格网优化的理论基础

2.4 本章小结

3基于模拟实验的格网分辨率与层析精度关系探究

3.1模拟实验方案

3.2.1 基于单一分辨率格网层析精度探索

3.2.2 基于混合格网层析精度探索

3.3 本章小结

4基于混合格网层像重构的电离层层析方法

4.1 基于混合格网层像重构的电离层层析方法原理

4.2.1 实验验证方案

4.2.2 实验结果与分析

4.3对MART算法的适用性

4.4 本章小结

5基于混合格网层像重构的电离层层析方法再优化

5.1降低部分区域垂直分辨率

5.2进一步降低局部区域格网分辨率

5.3改变分隔高度

5.4多种优化手段的组合

5.5 本章小结

6震前电离层三维电子密度反演实验

6.1反演实验方案

6.2实验结果

6.3 本章小结

7结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

作者简历

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