中国低纬地区GNSS电离层闪烁特征研究

摘要

电离层闪烁对星基通信系统和导航系统的正常工作有着严重的负面影响。中国南方的低纬地区属于电离层闪烁频发地带。随着GNSS的广泛应用，研究中国低纬地区GNSS电离层闪烁的特征具有很重要的意义。目前，国内外对GPS卫星L1C/A信号的电离层闪烁特征已开展了较深入的研究。随着GPS的现代化，已有部分GPS卫星发射新的民用信号L2C和L5，这些新的民用信号能更好地满足民用需求。但是，对GPS卫星L2C和L5信号以及GLONASS卫星各频率信号的电离层闪烁特征的研究较少。
　　本研究主要内容包括：⑴对安装在桂林的GPStation6多频电离层闪烁监测仪2015年7月至2016年12月期间的GNSS闪烁观测数据进行了分析和处理。首先开发了分析和处理GPStation6多频电离层闪烁监测仪观测数据的程序。然后，分析了GNSS卫星（包括GPS、GLONASS、QZSS和 SBAS卫星）L1C/A信号幅度闪烁的逐月变化特征。接着在相同的电离层闪烁环境下，对同一颗GNSS卫星不同频率信号的闪烁强度进行了对比分析。结果表明，在闪烁期间，同一颗GNSS卫星不同频率信号的幅度闪烁指数S4之间的线性相关性很强，且信号频率越低幅度闪烁越强（即S4越大）。与L1C/A信号相比，L2C和L5信号更容易发生失锁现象。然后利用GPS和QZSS卫星的三频观测数据计算电离层TEC，发现由L1C/A-L2C载波相位组合计算得到的相对TEC和由L1C/A-L5载波相位组合计算得到的相对TEC随时间变化的趋势是一致的。这表明，由于GNSS卫星发射第三个频率的信号，电离层TEC的计算将会有更多选择。最后研究了GNSS电离层闪烁与TEC耗空的联系，发现桂林地区的GNSS幅度闪烁总是伴随TEC耗空现象，说明2015年7月至2016年12月期间桂林地区的电离层幅度闪烁是由等离子体泡不规则结构引起。⑵利用2012年1月至12月的桂林（地磁纬度：15.04°N）、深圳（地磁纬度：12.64°N）和三亚（地磁纬度：8.33°N）的GPS闪烁观测数据，对中国低纬地区不同台站的GPS电离层闪烁特征进行了对比分析，包括三个台站GPS电离层闪烁的逐日变化、逐月变化和地方时变化特征。结果表明，三亚的电离层闪烁发生率比桂林和深圳的大，但闪烁强度比桂林和深圳的小；深圳的闪烁发生率和强度均比桂林的大。三站电离层闪烁均表现出典型的季节变化特征，即春秋季的闪烁发生率、强度和历时均明显强于夏冬季。对于三站，无论任何季节，三亚的闪烁发生率最大且历时最长，深圳次之，桂林最弱。三站的闪烁事件主要发生在地方时19点至次日凌晨4点。三亚闪烁开始时间比桂林闪烁开始时间大约提前1.2小时，比深圳闪烁开始时间大约提前30分钟；深圳闪烁开始时间比桂林闪烁开始时间大约提前40分钟。

目录

声明

第一章 绪论

§1.1 电离层闪烁研究的意义

§1.2 电离层闪烁研究历史及现状

§1.3 论文结构与研究内容

第二章 电离层闪烁概论

§2.1 电离层简介

§2.2 电离层闪烁概述

§2.3 GNSS技术监测电离层的原理

§2.4 小结

第三章 桂林地区多频GNSS电离层闪烁特征研究

§3.1 GPStation6多频电离层闪烁监测仪简介

§3.2 GPStation6观测数据处理方法

§3.3 多频GNSS电离层闪烁特征分析

§3.4 小结

第四章 桂林、深圳和三亚的电离层闪烁特征对比

§4.1 GSV4004型闪烁监测仪简介

§4.2三个台站的GPS闪烁观测数据处理方法

§4.3桂林、深圳和三亚的电离层闪烁形态特征对比分析

§4.4 小结

第五章 总结与展望

§5.1 本文工作总结

§5.2工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果

附录