中国及周边地区电离层TEC短期预报方法研究

摘要

电离层TEC是重要的电离层特征参数之一，它的时间和空间变化对无线通信、雷达、导航系统，特别是对星地通信系统有很大的影响。但直至目前，还没有形成适合于我国及周边地区电离层TEC的短期预报方法。本文从工程实用角度出发，基于优选的中国及周边地区28个GPS接收台站2004年的实测数据，采用比较合适的数据处理方法，对我国及周边地区电离层TEC短期预报方法进行了研究。主要进行了以下几个方面的工作： 1.电离层TEC短期预报的数据处理及内插方法。对电离层TEC的原始数据，采用斜向TEC(相位)数据，根据GPS接收站点的疏密程度采用不同的数据处理方法得到各个站的垂直TEC时序系列。对电离层TEC的数据中，由于接收机或其他原因所造成的缺值，提出了采用自相关方法进行时序内插，达到了较高的插值精度，内插误差与缺值段的长度有关，一般在0.44～1.04TECu之间。 2.上海地区电离层TEC的变化特性研究。分析了上海地区的电离层TEC的全月均值和月变化强度，以及自相关系数中的全日变化分量，半日变化分量和随机变化分量。TEC的全月均值在4月份达到最大，12月份出现最小；月变化强度出现了双峰结构，最大值分别出现在3月和11月。全日变化分量一般在月变化强度的0.7～0.9倍之间，占主要部分，半日变化分量和随机变化分量在月变化强度的0～0.2倍之间，三个变化分量的季节变化都比较平稳，相关时间在5～30小时之间。 3.讨论并优选了一种适合于中国及周边地区电离层TEC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个部分组成。单站预报中采用了自相关分析方法，该方法能对单站提前15分钟到24小时(时间间隔为15分钟)做出较为精确的预报，单站预报误差一般在0.75～3.75TECu之间。区域电离层重构采用改进的克里格方法，对本文的台站选取，重构误差的范围通常是在0.36～ 4.33TECu之间。将单站预报方法和区域重构方法结合起来，可实现中国及周边地区电离层TEC的短期预报。采用中国及周边地区28个台站的实测数据进行了短期预报的计算机模拟，对其预报精度进行了评估和分析，讨论了提高预报精度的途径。电离层

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文摘

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第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.1.1电离层

1.1.2电离层对通信和导航定位的影响

1.2电离层天气预报的国内外进展

1.3本文的目的和内容安排

第二章电离层TEC的数据获取及处理方法

2.1.电离层TEC数据的获取原理

2.1.1电离层单层模型及GPS/TEC观测方程

2.1.2电离层TEC数据及处理

2.2电离层TEC数据的时序内插

2.2.1自相关分析法原理

2.2.2内插方法的形成及其插值误差

2.2.3内插方法的应用实例

2.3上海地区电离层TEC的变化特性

2.3.1上海地区的全月均值和月变化强度分析

2.3.2上海地区电离层TEC的全日变化，半日变化及其随机变化特性

第三章电离层TEC的单站短期预报方法

3.1电离层短期预报的自相关分析方法

3.1.1自相关分析方法用于电离层TEC单站预报

3.1.2预报实例

3.1.3提前15分钟到24小时的误差评估

3.2讨论和结论

第四章电离层TEC区域重构方法的研究

4.1克里格插值基本原理

4.1.1区域化变量和变异函数

4.1.2变异函数的获取

4.1.3普通克里格方法

4.2电离层重构中的改进克里格模型

4.2.1用改进克里格方法进行电离层区域重构的基本计算公式

4.2.2电离层TEC重构实例及其分析

4.3电离层TEC重构方法的精度评估及讨论

4.4小结

第五章中国及周边地区电离层TEC短期预报

5.1短期预报的方法步骤

5.2短期预报实例及其分析

5.3区域预报方法精度评估及讨论

5.4小结

第六章总结与讨论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间参加的科研项目及发表论文情况