电离层

摘要： 通过气辉成像仪对电离层气辉进行探测,能够反映电离层中电子总含量、等离子体泡分布等特性,是有效的电离层探测方式之一。电离层的原子分子在白天吸收太阳辐射激发到较高能态,在夜间以气辉的形式将能量辐射出去,辐射强度与所参与反应的电离层成分密度等密切相关,因此气辉是用来观测电离层很好的示踪物。天基气辉成像方法具有全球范围观测的巨大优势,为了推动天基成像仪的设计研制和参数优化,丰富和扩展电离层探测手段,需要对全球气辉强度进行成像仿真分析。该研究主要工作:(1)分析了电离层夜间630 nm光化反应过程,设计了一种气辉成像仿真分析方法,该方法对630 nm辐射强度进行计算,分别获得了太阳活动高年和低年内四个不同季节的气辉单光谱信号源强度分布,为设定探测指标提供理论依据;(2)开展了630 nm气辉天底成像仿真研究,包括成像链路分析、信噪比分析,并使用一个时间延时积分成像的典型成像仪参数,开展结合卫星运行轨道的扫描成像仿真。本文主要结论:(1)夜间630 nm单光谱气辉强度与日间太阳辐射强度关系密切,太阳活动高年夜半球平均辐射强度为115 Rayleigh,太阳活动低年夜半球平均辐射强度为50 Rayleigh,辐射大小和分布符合卫星载荷GLO-1和国际空间站IMAP任务的实际观测结果;(2)典型参数成像仪天底观测幅宽达到245 km,气辉水平分辨率达到1 km,对强度大于50 Rayleigh气辉成像的信噪比优于10,在太阳活动高年能够清晰观测电离层气辉全球尺度结构,在太阳活动低年能够观测低纬地区电离层气辉结构。该研究结果可为天基电离层气辉成像探测提供理论依据,也可为其他辐射波段的气辉观测和成像仪参数设计优化提供参考。

摘要： 等离子体泡是赤道区电离层常见的密度耗空结构,同时伴随着背景磁场的增强和垂直背景磁场方向上的扰动,这些扰动具有阿尔芬波的特征。本文利用Swarm卫星的标量、矢量磁场以及等离子体观测数据,考察了等离子体泡产生的磁场扰动信号特征,发现磁场强度和平均场向分量的增强均与等离子体泡密度下降有较强的负相关性,说明磁场标量和矢量(平均场向分量)数据都可以用来识别等离子体泡。由于Swarm卫星的标量磁场数据噪声明显低于矢量磁场数据,利用标量磁场数据可以提高等离子体泡的识别率,识别更多波动较小的等离子体泡。

摘要： 针对电离层延迟对导航定位带来的影响,而空间环境因素是影响电离层总电子含量(TEC)的重要因素之一。基于中国大陆构造环境监测网络(CMONOC)全球卫星导航系统(GNSS)观测数据,计算西北地区垂直总电子含量(VTEC),将VTEC值分别与太阳活动指数与地磁活动指数进行线性回归分析,结果表明:西北地区电离层VTEC的月均值与太阳射电通量F10.7的相关性均达到了强度相关;在地磁活跃时期,西北地区VTEC的月均值与地磁指数Dst的相关性达到了中度相关,证实了太阳活动、地磁活动是影响电离层活跃度的重要影响因素之一。通过对西北地区经纬度变化特征分析,结果表明:不同纬度电离层VTEC值变化趋势完全相同,在同一刻时间,随着纬度的增加,电离层VTEC值呈减小趋势,而经度无明显特征变化。

摘要： 为了揭示太阳耀斑发生期间沿着经纬向传播的甚低频台站信号受到扰动的差异性,文章基于随州观测站的甚低频数据,分析了2017年9月8日经向传播的NWC台站信号和纬向传播的JJI台站信号对太阳耀斑的响应特征,比较了两条路径上信号的幅度对同一太阳耀斑响应的异同。结果表明:NWC信号的响应只有先上升再恢复1种,而JJI信号有先上升再恢复、先下降再恢复和先上升后下降再恢复3种;NWC信号的响应开始时间和极值时间与JJI信号的基本一致,但JJI信号的响应持续时间长于NWC信号的;M级耀斑对NWC信号的最大扰动量在1~4 dB之间,对JJI信号的在1~3 dB之间;C级耀斑对两台站信号的最大扰动量则在0~1 dB之间;另外,台站信号的积分扰动幅度与X射线积分通量呈线性相关,且NWC信号拟合直线的斜率比JJI信号的大。

摘要： 短波通信目前依然是不可替代的有效通信方式,其在灾区应急、航海远程通信、军事通信等领域有着广泛的应用。本文简要概述了短波通信的发展历程,并给出了存在的问题和未来发展方向的预测。

摘要： 针对相干散射雷达探测中受方向敏感性的影响产生距离拓展的现象,研究了在不规则体尺度参数影响下回波距离拓展特性与雷达频率之间的依赖关系.基于相干散射雷达回波方程,对回波展宽随不规则体尺度变化进行了计算,开展了雷达工作频率与距离拓展特性依赖关系的仿真,得到了雷达工作频率-展宽宽度拟合斜率随不规则体尺度变化规律.结果表明,回波展宽宽度与雷达频率之间为线性相关,拟合斜率与不规则体纵向尺度之间存在一一对应的关系,通过线性回归计算的斜率可以用于反推不规则体的纵向尺度参数.由于斜率计算无需获取绝对的雷达天线增益、馈线损耗和发射功率等参数,因此可为未标定的VHF雷达提供一种新的不规则体尺度探测方法,这对开发新的不规则体探测技术具有重要意义.

摘要： 使用全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)进行电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)反演时,单站相对于多站观测网是一种灵活简便的方法。基于人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)提出了一种准实时单站电离层总电子含量反演的方法。在这种方法中,上一个时段的硬件偏差作为初值并随着观测值调整,同时电离层总电子含量也准实时反演。为了对这种方法进行详细评估,通过位于中国的单站,4天磁静日的总电子含量分别采用本文方法与经典的最小二乘球谐函数法反演,其中硬件偏差和总电子含量的参考值通过附近的多站网得到。在另一个测试中,通过位于欧洲的单站,一次电离层暴事件及前后磁静日的总电子含量也分别通过上述方法反演。在磁静日,估计的硬件偏差整体上相对于最小二乘球谐函数法更接近参考值,反演的总电子密度更接近参考值。电离层暴时,两种方法反演的总电子含量也具有高度一致性,神经网络法估计的硬件偏差与磁静日的硬件偏差更接近。结果表明,提出的神经网络法相比最小二乘球谐函数法具有较高的精度。

摘要： 01太阳风暴太阳风暴,是指太阳上的剧烈爆发活动及其在日地空间引发的一系列强烈扰动。太阳爆发活动喷射的物质和能量可引起地球磁层、电离层、中高层大气等地球空间环境强烈扰动,从而影响短波通信环境,其产生的带电高能粒子与高层大气中的原子碰撞还会产生极光。

摘要： 短波电子信息装备以电离层为信号传播媒介辐射,能实现地面距离数千公里的通信、探测和电磁信号侦收。而电离层复杂的时空变化特征,会对短波电子信息装备性能能否充分发挥产生极大的影响,因此,在各型短波电子信息装备建设过程中,必须充分考虑不同作战时间下的短波电离层信道变化。文中开展了短波电波传播衰落特性与时间场景特征关联研究,为短波电子信息装备论证设计、研制和试验训练等提供支撑。

摘要： 利用我国覆盖高中纬到低纬5个台站第22-23太阳活动周(1995-2006)的foF2每日整点观测数据,分析研究了中国地区foF2的纬度变化、太阳活动变化、日变化、月变化、季节变化、半年变化、年变化和地磁活动变化等变化特性.结果表明:foF2随地理纬度变化,呈负相关关系,即纬度越低,其值越大;foF2与太阳活动F107有较强的正相关关系,太阳活动强度越大,foF2值也越大;foF2表现了较强的月变化和季节变化特征,结合日变化,在白天,foF2冬季大于夏季,表现出明显的“冬季异常”,在夜晚,夏季大于冬季,“冬季异常”现象没有出现;地磁活动受太阳活动影响,而foF2无明显的地磁活动依赖;foF2呈现明显的半年变化特征,与季节变化交叉相关,表现为“半年异常”,即两分点大于两至点.

摘要： IGS发布的GIMs产品是电离层研究的重要数据源之一,但各IGS国际电离层分析中心建立电离层模型的方法不同,所以各电离层分析中心发布的GIMs产品精度有所不同.本文以2009～2017年近一个太阳活动周期JASON2海洋测高卫星的VTEC数据为参考,对国内外的六家电离层分析中心的GIMs最终产品在全球尺度进行评估和精度分析.结果表明:在靠近IGS基准站的地区,JASON2海洋测高卫星和各电离层分析中心TEC的差异较小,远离IGS基准站的区域差异较大,平均残差约为0.1～2.8TECU,标准差约为4.5～5.4TECU.同时,随着太阳活动的不同,各电离层分析中心的GIMs精度也有所不同.在太阳活动高年,分析中心UPC和CODE的GIMs的精度优于其他分析中心GIMs;太阳活动低年,各分析中心差异不大.因此,太阳活动高年和低年分析中心UPC和CODE的GIMs都有更好的适用性.

摘要： 利用改进型图像信息方法(Modified Pattern Informatics Method,MPI)基于DEMETER卫星观测的电子浓度(Ne)、电子温度(Te)数据探索了2008年5月12日汶川MS8.0震前出现的地震电离层电子参量异常现象.对电离层电子浓度(Ne)、电子温度(Te)的观测数据进行了消除年变及由太阳活动等引起的长趋势变化,以期能够提取到由地震孕育与发生所引起的电离层扰动异常. 本工作的数据来源于法国DEMETER卫星数据服务中心，以汶川地震震中为中心，选取±20°作为震例的研究区域。由于篇幅有限，图1仅给出汶川地震前92天电子温度的演化过程。初步分析得到以下2个结果:①震前1个月左右震中上空附近电子浓度、电子温度均出现不同程度的异常扰动，震前10天左右减弱并趋于平静，直到地震发生。该方法所得到的异常信息相对于其他方法的研究结果出现的异常在震前几小时至数天内，这一突出特点使该方法在地震短临预报中更具有可操作性。②虽然目前没有直接的证据显示，此次地震前1个月左右出现的异常扰动是由地震孕育所引起的，但在数据处理中，对电离层各参量进行了剔除年变和长趋势的处理，提取到的异常也较前人更突出、明显，进一步说明本文数据处理的有效性及得到的异常更具真实性。这种异常认为是与地震孕育以及震前平静具有一定的内在关系。产生的这种现象可能与岩石破裂前的声发射活动出现明显的相对平静现象有关的。

摘要： 电离层层析反演的精度和穿过电离层的观测射线的分布和数量息息相关,但是由于地面测站与卫星的数量有限,分布不均匀,导致电离层层析精度不高.围绕这一问题,本文提出了根据反演区域内实际测站信号射线的分布和数量来合理布设虚拟参考站,通过采用布设虚拟站的方法使得反演区域内观测射线和虚拟射线均匀分布,最大限度避免格网内没有射线通过的情形.实验结果表明:通过合理设置虚拟参考站,使虚拟参考站和原始测站均匀分布在反演区域内的方法,可以使层析精度明显提高,更加精确地重构出电离层中的电子密度含量.

摘要： 通过计算全球电离层TEC产品的均值与方差,对比分析全球电离层TEC产品精度,以IGS分析中心的数据为参考标准,运用一元线性回归分析方法进行等权估计.通过对比分析发现,电离层电子浓度总含量值表现出明显的纬度差异性,越靠近赤道电子浓度总含量值越大,且越靠近赤道电子浓度总含量值波动性越明显,即在夏季出现明显低谷.中纬度地区春夏季的电子浓度总含量值略高于秋季,而冬季明显较低于其他三个季节.为今后分析全球电离层TEC产品的时空特性提供可靠地数据支撑.

摘要： 随着GPS的应用越来越广泛,人们对GPS导航精度要求也越来越高,电离层作为影响GPS导航定位的主要因素之一,吸引了大量学者对该领域进行研究.国内外大量的文献都是关于电离层经验模型,但是电离层经验模型不能很好的应用在远距离范围的情况下.电离层格网模型在计算远距离电离层电子含量中有较强的优势,格网模型能够利用IGS的数据修正电离层延迟.本文首先对电离层格网模型进行了简介,其次介绍了电离层格网模型中的两种常用的算法:距离反比加权算法、克里金插值算法.然后用这两种算法得到相应的VTEC值,用它们的VTEC值与IGS发布的15阶球谐函数计算的格网点电子含量做对比,分析比较两种电离层插值模型的性能.

摘要： 对伯尔尼5.2软件进行改造,实现多导航系统数据联合处理.利用IGS、MGEX和iGMAS观测网数据,进行GPS/BDS联合解算电离层和差分码偏差试验.与IGS结果比较,电离层互差RMS为1.63TECU,BDS数据对中国及附近区域电离层解算贡献较大;与CODE结果比较,GPS硬件延迟P1P2-DCB互差均值为0.103ns,自身单天解差异0.047ns;BDS硬件延迟B1B2-DCB单天解差异为0.14ns.电离层和差分码偏差精度与国际IGS分析中心一致.

摘要： 电离层环境及其变化对GNSS系统有着不可忽视的影响.卫星通信、导航定位的无线电信号需穿越电离层,电离层暴、闪烁等电离层剧烈扰动事件会加大对卫星信号的吸收、折射或引起卫星信号幅度、相位的快速变化,造成通信误码率升高、解调失锁甚至中断,导航定位精度下降等,实时掌握电离层扰动信息,是保证导航卫星正常运用的基础.本文基于GNSS的高精度电离层总电子含量(TEC)估计原理,对我国中低纬度地区二维电离层垂直TEC(VTEC)模型进行了比较研究.基于两种经典的单层区域电离层模型:多项式模型和球谐级数模型,对北京地区(中纬度)和广东地区(低纬度)电离层进行了建模.研究结果表明,三种二维电离层模型建模结果和CODE公布的电离层格网地区基本一致,且具有较好的建模精度.建模结果还表明,磁暴和电离层赤道异常区都会对电离层建模的精度产生影响.

摘要： 利用电离层不规则体对电波的散射作用可以实现超视距传播,主要运用于超短波和微波的远距离通信,研究电离层场向不规则体散射是研究甚高频(Very High Frequency,VHF)频段通信的重要部分.本文在电离层场向各向异性散射模型的基础上,对模型进行改进,考虑了收发天线以及不规则体的不同极化模式对不规则体散射的影响,在确定发射点和散射点区域的情况下,分别计算了不同极化条件时,不同纬度的链路路径损耗以及时延扩展随频率,接收点经纬度的变化关系,为VHF频段散射通信的设计提供指导依据.

摘要： 讨论在非差分工作模式下,影响普通GNSS接收机获得可靠亚米级定位精度的基本因素,比较了采用不同修正数据和定位方法所获得的定位性能.研究表明在实际应用中,加入精密星历和较好的电离层改正信息,单频单点定位方式就可以实现亚米级精度,如果在此基础上采用精密单点定位方式将可获得更好的结果.从实时性要求,普通GNSS双频接收机如果采用预报星历和仔细考虑双频无电离层修正,也能够达到实时亚米级定位精度.

摘要： 全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)探测大气电离层需要精确处理由接收机差分码偏差(differential cade bias,DCB)引起的系统误差.准确掌握接收机DCB的多时间尺度精细变化等特性是联合美国GPS、中国北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)和欧盟Galileo等多GNSS技术监测电离层所面临的主要科学问题之一.为此,提出了基于零基线精密估计站间单差接收机DCB的方法,并对站间单差接收机DCB的日加权平均值进行了分析.基于4台多模接收机采集于2013年的双频观测值,揭示了站间单差接收机DCB的变化可能受3种因素的影响,即接收机内置软件的版本升级(实验中引起了约3ns的显著增加)、拆卸个别接收机所导致的观测条件改变(实验中引起了约1.3ns的显著减少)和估计方法的误差(引起了与导航系统卫星几何结构重复性相一致的周期性变化)等.

摘要： 本发明提供一种用于大幅度电离层闪烁的电离层闪烁监测系统，通过结合载波跟踪环路和码跟踪环路，延长整个系统的相关积分时间，从而能够实现对大幅度电离层闪烁造成严重衰弱的GNSS信号持续不间断的跟踪，完成对大幅度电离层闪烁的监测。

摘要： 本发明提供了基于电离层电子密度的GNSS掩星电离层残差修正方法及系统，所述方法包括：对GNSS掩星原始观测数据和电离层vTEC maps数据进行预处理，获取GNSS掩星几何数据和电离层数据；基于GNSS掩星几何数据、电离层数据和三维NeUoG电离层模式，计算“入射线”和“出射线”侧电离层穿刺点位置的电子密度廓线；基于GNSS掩星几何数据和电子密度廓线，计算弯曲角电离层残差廓线。本发明的GNSS掩星电离层残差修正方法及系统可用于单个GNSS掩星事件大气参数反演中，来削弱电离层残差的影响，从而得到较高精度的GNSS掩星弯曲角廓线，高效可靠。

摘要： 本发明公开了基于电离层观测数据的GNSS掩星电离层误差修正方法及系统，该方法包括：获取GNSS掩星几何数据和电离层数据；计算掩星事件切点位置处的电子密度廓线；基于GNSS掩星几何数据和电子密度廓线，计算双频弯曲角差值廓线；判断L2信号数据是否能用于一阶项无电离层线性组合；若为是，基于L1信号数据和L2信号数据计算初始弯曲角廓线，利用二阶项电离层残余误差对初始弯曲角廓线进行修正，获取修正后的弯曲角廓线；否则，基于L1信号数据计算初始弯曲角廓线，利用弯曲角电离层误差廓线对初始弯曲角廓线进行修正，获取修正后的弯曲角廓线。本发明的方法能够修正GNSS大气掩星二阶电离层残余误差，提高弯曲角廓线的精度。

摘要： 本发明公开了一种基于电离层经向变化特征的电离层建模方法，所述方法包括以下步骤：S01、获取沿经线分布的带状区域内的CORS基站观测数据，根据CORS基站高精度坐标和IGS发布的高精度卫星轨道、钟差等信息估算不同CORS基站在同一时刻观测同一GNSS卫星时，得到的穿刺点处电离层电子密度信息；S02、将步骤S01中获取的电离层电子密度信息按照时间进行分组，得到时序排列的带状区域内电离层穿刺点电子密度信息，对每个时刻的电子密度信息分别进行拟合得到所述带状区域内不同时刻的电离层电子密度模型。以解决现有技术为了获取高精度电离层模型需要建立密集的CORS基准站，造成财力物力的浪费的问题。

摘要： 本发明公开了一种基于电离层垂直探测数据的突然电离层骚扰事件识别方法，包括如下步骤：步骤1，收集整理发生在我国白天时段的M5.0级历史太阳耀斑爆发期间各电离层观测站fmin、foF2数据；步骤2，计算各电离层观测站对应时刻fmin与foF2数据的比值，统计分析fmin/foF2的分布情况，确定各电离层观测站位置电离层吸收程度的不同强度级别；步骤3，确定突然电离层骚扰事件的强度级别。本发明所公开的突然电离层骚扰事件识别方法，利用电离层垂直探测电离图最低回波频率和电离层临界频率，计算出表示电离层吸收程度的吸收指数，可简单直接表征某个区域电离层吸收程度，可为短波等电子信息系统提供我国不同地区的电离层吸收程度信息。

摘要： 本发明属于GNSS精密数据处理技术领域，具体公开了一种融合多源电离层观测数据的高精度电离层建模方法，采用对应的方法提取电离层穿刺点处的多源实测电离层数据，随后使用对应的电离层投影函数将电离层斜延迟转换为电离层垂延迟，并使用单层“归一化”法将对多源电离层观测数据进行“归一化”处理与地基GNSS电离层数据具有相同的探测范围，随后使用赫尔默特方差分量估计法估计融合“归一化”后的多源电离层观测数据的电离层建模参数并生成的电离层格网产品。本发明给出了融合多系统GNSS及多源电离层观测数据构建高精度电离层模型的方法，以提高全球电离层模型在测站稀少地区的精度及GNSS单频用户的定位精度。

摘要： 一种结合电离层层析技术的电离层TEC组合预测方法。其包括利用电离层层析算法求取预测区域的电离层电子密度、计算垂直方向的总电子含量VTEC，利用IRI模型计算预测区域的VTEC；基于上述两种VTEC构建组合预测模型，实现模型训练，模型预测、模型测试结果以及模型的精度分析；本发明效果：首先利用长短期记忆LSTM模型对层析垂直总电子含量VTEC进行预测，进一步利用BP神经网络对LSTM模型与IRI模型的预测结果进行非线性拟合，由此改善了单一预测模型的弊端，较好地实现了对电离层垂直总电子含量VTEC的时序预测。

摘要： 本发明公开了基于电离层观测数据的GNSS掩星电离层误差修正方法及系统，该方法包括：获取GNSS掩星几何数据和电离层数据；计算掩星事件切点位置处的电子密度廓线；基于GNSS掩星几何数据和电子密度廓线，计算双频弯曲角差值廓线；判断L2信号数据是否能用于一阶项无电离层线性组合；若为是，基于L1信号数据和L2信号数据计算初始弯曲角廓线，利用二阶项电离层残余误差对初始弯曲角廓线进行修正，获取修正后的弯曲角廓线；否则，基于L1信号数据计算初始弯曲角廓线，利用弯曲角电离层误差廓线对初始弯曲角廓线进行修正，获取修正后的弯曲角廓线。本发明的方法能够修正GNSS大气掩星二阶电离层残余误差，提高弯曲角廓线的精度。

摘要： 本申请实施例提供一种全球导航卫星系统GNSS电离层监测装置和监测电离层的方法，该GNSS电离层监测装置包括：接收天线，接收天线用于接收全球导航卫星系统GNSS信号；接收装置，接收装置和接收天线连接，接收装置用于接收接收天线发送的GNSS信号，以及对每种GNSS信号进行预处理，得到预处理信号；处理装置，处理装置和接收装置连接，处理装置用于对预处理信号进行处理，得到参量信息；处理装置还用于检测接收装置的工作状态，以及在接收装置处于异常工作状态的情况下，产生用于重启接收装置的第一复位信号和/或用于重启GNSS电离层监测装置的第二复位信号。借助于本申请的上述技术方案，本申请实施例基于GNSS信号实现对电离层参数的无人值守自动监测。

摘要： 本发明提供一种用于大幅度电离层闪烁的电离层闪烁监测系统，通过结合载波跟踪环路和码跟踪环路，延长整个系统的相关积分时间，从而能够实现对大幅度电离层闪烁造成严重衰弱的GNSS信号持续不间断的跟踪，完成对大幅度电离层闪烁的监测。