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区别于以往GPS电离层层析研究主要关注迭代模型的思路,本文从两方面入手提高GPS电离层层析迭代算法的反演精度:一方面,顾及传统电离层层析迭代模型仅与对电子密度误差起放大作用的GPS射线截距权重相关的不足,提出考虑层析像素格网中的电子密度对GPS TEC的贡献建立新的迭代模型,在不同电子密度像素格网内重新分配GPS TEC实测值与其反演值之间的差距;另一方面,顾及电离层层析迭代算法中松弛因子对反演结果的影响,提出考虑电子密度变化构造新的松弛因子,抑制传播噪声对电子密度反演精度的影响.实验结果显示,相对于传统代数重构算法(ART),新方法反演的电离层电子密度剖面更接近于电离层测高仪观测的电子密度剖面,提高了电子密度反演精度. 相似文献
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GPS无线电掩星技术是崭新的、高效的地球大气层和电离层探测技术,但仍在发展和完善之中.本文详细推导了Abel积分和绝对TEC电离层反演方法,研究了如何解决Abel积分产生的上下限异常问题;用COSMIC发布的GPS原始数据进行了反演计算,将结果与地面电离层测高仪数据进行了比较,最后讨论了周跳对反演结果的影响问题.结果表明：（1）在较高轨道高度（约800 km）,Abel积分与绝对TEC方法的反演结果基本一致,都与电离层测高仪反演结果符合良好;在较低轨道高度（约500 km）,绝对TEC反演精度优于Abel积分反演精度;（2）绝对TEC反演的最大电子密度Nm较Abel积分法获得的结果更接近于电离层测高获得的峰值电子密度NmF2,绝对TEC反演法更加严密和有效;（3）周跳对绝对TEC反演结果的影响较Abel积分反演结果的影响更为敏感,但无论哪种方法,周跳对反演精度都造成严重损失.综合而言,绝对TEC反演法是更优的方法. 相似文献
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在电离层层析成像过程中,联合迭代重构算法是一种常用的反演算法.然而,该算法迭代收敛较慢,反演结果精度不高.为此,本文发展了一种自适应的联合迭代重构算法,该算法利用上一轮的电离层电子密度反演结果,自适应地调整松弛因子和加权参数.通过模拟数据和实测数据对该算法的反演结果进行了验证,并将得到的反演结果与电离层测高仪数据进行了比较,结果表明,该算法能够有效地反演电离层电子密度,且反演结果精度优于常用的联合迭代重构算法. 相似文献
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利用两颗伴飞的Swarm A/C卫星搭载的双频GPS接收机获取的TEC数据,在两个卫星轨道平面同时对顶部电离层电子密度进行层析成像,实现对顶部电离层电子密度的三维观测.为了能够重现扰动期间电离层电子密度的空间变化特征,在正则化求解过程中,我们引入了水平矩阵H和垂直矩阵V刻画电子密度的空间变化特征,引入整体约束矩阵C以调节不同空间对电子密度相对变化的权重.数值验证结果表明我们的算法对常见的观测误差具有较强的包容性,反演计算出的电子密度平均偏差优于10%.在不同地磁活动条件下,与第三方观测数据的对比,验证了本文反演算法的可靠性.实测数据反演结果表明我们的算法不仅能够较好地重现顶部电离层子午向百公里级别的不规则结构,还能有效分辨纬向相隔~150 km的两个卫星轨道平面的电子密度差异. 相似文献
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本文利用两颗跟飞的GRACE卫星载GPS信标测量数据和基于差分相对TEC的层析算法,实现了全球范围的顶部电离层和等离子体层(450~5000 km) 层析成像.反演结果表明,利用低轨道卫星载GPS信标测量数据可以有效地重建顶部电离层和等离子体层的全球二维分布图像.对不同地磁活动条件下的天基层析反演结果表明,等离子体层电子密度随纬度的分布是不均匀的;在低纬赤道带,从顶部电离层向上延伸直到等离子体层,以及等离子体层中局地的电离增强云团,经常出现近似垂直于磁力线的电子密度柱状增强结构. 相似文献
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《地球物理学报》2020,(9)
利用两颗伴飞的Swarm A/C卫星搭载的双频GPS接收机获取的TEC数据,在两个卫星轨道平面同时对顶部电离层电子密度进行层析成像,实现对顶部电离层电子密度的三维观测.为了能够重现扰动期间电离层电子密度的空间变化特征,在正则化求解过程中,我们引入了水平矩阵H和垂直矩阵V刻画电子密度的空间变化特征,引入整体约束矩阵C以调节不同空间对电子密度相对变化的权重.数值验证结果表明我们的算法对常见的观测误差具有较强的包容性,反演计算出的电子密度平均偏差优于10%.在不同地磁活动条件下,与第三方观测数据的对比,验证了本文反演算法的可靠性.实测数据反演结果表明我们的算法不仅能够较好地重现顶部电离层子午向百公里级别的不规则结构,还能有效分辨纬向相隔～150 km的两个卫星轨道平面的电子密度差异. 相似文献
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电离层掩星观测中,当低轨卫星（LEO）轨道高度较低时,轨道以上的电离层电子总含量（TEC）对掩星反演的影响不能忽略.目前,一般采用指数函数等外推方法来处理该问题,对反演结果可能引起较大误差.为提高电离层掩星反演精度,本文研究利用LEO处于非掩星一侧GPS观测数据的改正TEC新反演方法.用三维射线追踪程序计算出电离层掩星观测模拟数据,分别应用改正TEC方法和外推方法进行反演,将反演结果与所用模式值进行比较.结果表明：对于轨道高度约800km的GPS/MET掩星模拟数据,外推方法和改正TEC方法反演结果都与模式值基本一致;对于轨道高度约400km的CHAMP掩星模拟数据,外推方法误差较大,改正TEC方法反演结果与模式值相符得较好.将改正TEC方法应用于GPS/MET实测数据的反演,取得了合理的结果.这些说明,改正TEC算法是一种有效的电离层掩星反演方法,尤其是对于轨道较低的LEO的电离层掩星观测反演特别有用. 相似文献
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由于星载合成孔径雷达(SAR)系统工作于电离层之上,其信号不可避免地将受到电离层的影响. 背景电离层以及电离层电子密度不规则体多重散射效应可引起距离向图像质量的下降, 在强起伏情况下, 多重散射效应对信号的延迟影响不可忽略. 针对此问题, 本文提出了一种基于SAR回波信号的三频相位自适应TEC反演新方法, 利用反演的结果对电离层的影响进行校正. 给出了校正前后的点目标成像仿真, 结果显示此方法充分考虑了多重散射效应引起的TEC估计误差, 可以有效地补偿电离层对距离向成像的影响, 提高了距离向点目标图像质量. 相似文献
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基于GNSS(Global Navigation Satellite Systems)的发展,我们利用具有北斗、GLONASS和GPS三系统信号接收功能的接收机观测的数据,结合电离层总电子含量(Total Electron Content, TEC)的反演算法,提取出GNSS三系统观测的电离层TEC;同时,将GNSS三系统获取的TEC应用到电离层TEC地图、行进式扰动、不规则体结构和电离层的太阳耀斑响应等方面的研究中,这也是首次使用三种GNSS系统数据对电离层进行联合探测研究.研究结果表明,增加了北斗系统的GNSS三系统在研究中国地区电离层TEC地图、周日变化、逐日变化,行进式扰动以及电离层的实时监测等方面较单系统的GPS具有明显的优势. 相似文献
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《Journal of Atmospheric and Solar》1999,61(16):1205-1218
The accuracy of single-frequency ocean altimeters benefits from calibration of the total electron content (TEC) of the ionosphere below the satellite. Data from a global network of Global Positioning System (GPS) receivers provides timely, continuous, and globally well-distributed measurements of ionospheric electron content. For several months we have been running a daily automatic Global Ionospheric Map process which inputs global GPS data and climatological ionosphere data into a Kalman filter, and produces global ionospheric TEC maps and ocean altimeter calibration data within 24 h of the end-of-day. Other groups have successfully applied this output to altimeter data from the GFO satellite and in orbit determination for the TOPEX/Poseidon satellite. Daily comparison of the global TEC maps with independent TEC data from the TOPEX altimeter is performed as a check on the calibration whenever the TOPEX data are available. Comparisons of the global TEC maps against TOPEX data will be discussed. Accuracy is best at mid-to-high absolute latitudes (∣latitude∣>30°) due to the better geographic distribution of GPS receivers and the relative simplicity of the ionosphere. Our highly data-driven technique is relatively less accurate at low latitudes and especially during ionospheric storm periods, due to the relative scarcity of GPS receivers and the structure and volatility of the ionosphere. However, it is still significantly more accurate than climatological models. 相似文献
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当利用无线电电磁波进行远程通信、卫星导航时，传递信号要受到电离层的影响，因此，对电离层中电子含量的研究显得特别重要.虽然国际上有几种电离层的电子含量预报模型，但其预报只能精确到电子含量的50%～60%.本文提出了一种新的电离层电子含量预报方法:即用球谐函数对IGS(国际GPS服务)所给出的离地面450 km高的球面上的每一网点的电离层电子含量进行拟合，对不同的时间所得到的拟合系数所形成的时间序列用时间序列分析理论中的ARMA(p,q)模型进行预报，从而实现全球的电离层电子含量预报.利用本方法对2004年和2005年IGS所给电离层电子含量资料在地理框架中做了分析预报，5天内电子含量预报相对精度在90%左右. 相似文献
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本文给出了一个基于Gauss-Markov卡尔曼滤波的电离层数据同化系统的初步构建和试验结果.我们选择中国及周边地区部分涉及电离层观测的台站(包括子午工程台站、中国地壳形变网和部分IGS台站)作为观测系统进行模拟试验,背景场利用IRI模式,观测值则由NeQuick模式计算得到.我们的同化结果表明,采用Kalman滤波算法,把部分斜TEC同化到背景模式当中,能够获得较好的同化结果,说明我们设计的算法可行、所选择的各种参数比较合理,采用Gauss-Markov假设进行短期预报也取得了较合理的结果.本项研究经过进一步的改进和完善,可以用来对中国地区的电离层进行现报和短期预报,一方面满足相关空间工程应用,另一方面可以提升现有观测系统的科学意义. 相似文献
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LEO卫星信标是电离层监测的重要手段之一.利用电离层层析成像算法,LEO卫星信标能够实现区域电离层电子密度的快速重构.针对LEO卫星信标的特点,本文提出了一种函数基模型与像素基模型组合的电离层层析成像新算法.选择差分相对电离层总电子含量作为输入数据源,先通过函数基模型法获取电离层电子密度初始分布,再利用像素基模型法对初始分布进行二次迭代重构,该方法可有效降低电离层层析成像对背景电离层模型的依赖,同时能够实现电离层小尺度扰动结构的有效反演.利用数值仿真方法及低纬度电离层层析成像网的实测数据的反演结果验证了本文提出的新算法的可行性和可靠性. 相似文献
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The coupled ionosphere–thermosphere–plasmasphere system is very complex. The study of its interrelationships during geomagnetically disturbed conditions is an especially challenging task.Significant progress has been achieved during the last few years in developing comprehensive theoretical models to describe its global behaviour.Moreover, more simple, specialized numerical modelling of some specialaspects of storm behaviour and/or regional models have contributedto the progress in this field.This paper summarizes recent developments in upper ionosphereand plasmasphere storm studies and modelling.From an observational point of view the upper ionosphere/plasmasphereregion is well reflected in radio beacon measurements providing the totalelectron content (TEC). The development of space-based radio navigation systems such as GPS offersnew opportunities to derive TEC on both regional and global scale.Combining TEC with ionosonde data enables the variability of the shape of the electron density distribution during storms to be studied.We present some examples of co-ordinated investigation,made during the CEDAR storm study intervals. 相似文献
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D. W. Idenden R. J. Moffett M. J. Williams P. S. J. Spencer L. Kersley 《Annales Geophysicae》1998,16(8):969-973
The tomographic reconstruction technique generates a two-dimensional latitude versus height electron density distribution from sets of slant total electron content measurements (TEC) along ray paths between beacon satellites and ground-based radio receivers. In this note, the technique is applied to TEC values obtained from data simulated by the Sheffield/UCL/SEL Coupled Thermosphere/Ionosphere/Model (CTIM). A comparison of the resulting reconstructed image with the input modelled data allows for verification of the reconstruction technique. All the features of the high-latitude ionosphere in the model data are reproduced well in the tomographic image. Reconstructed vertical TEC values follow closely the modelled values, with the F-layer maximum density (NmF2) agreeing generally within about 10%. The method has also been able successfully to reproduce underlying auroral-E ionisation over a restricted latitudinal range in part of the image. The height of the F2 peak is generally in agreement to within about the vertical image resolution (25 km). 相似文献
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Adela Anghel Charles Carrano Attila Komjathy Adina Astilean Tiberiu Letia 《Journal of Atmospheric and Solar》2009,71(1):158-174
Data collected from a GPS receiver located at low latitudes in the American sector are used to investigate the performance of the WinTEC algorithm [Anghel et al., 2008a, Kalman filter-based algorithm for near realtime monitoring of the ionosphere using dual frequency GPS data. GPS Solutions, accepted for publication; for different ionospheric modeling techniques: the single-shell linear, quadratic, and cubic approaches, and the multi-shell linear approach. Our results indicate that the quadratic and cubic approaches perform much better than the single-shell and multi-shell linear approaches in terms of post-fit residuals. The performance of the algorithm for the cubic approach is then further tested by comparing the vertical TEC predicted by WinTEC and USTEC [Spencer et al., 2004. Ionospheric data assimilation methods for geodetic applications. In: Proceedings of IEEE PLANS, Monterey, CA, 26–29 April, pp. 510–517] at five North American stations. In addition, since the GPS-derived total electron content (TEC) contains contributions from both ionospheric and plasmaspheric sections of the GPS ray paths, in an effort to improve the accuracy of the TEC retrievals, a new data assimilation module that uses background information from an empirical plasmaspheric model [Gallagher et al., 1988. An empirical model of the Earth's plasmasphere. Advances in Space Research 8, (8)15–(8)24] has been incorporated into the WinTEC algorithm. The new Kalman filter-based algorithm estimates both the ionospheric and plasmaspheric electron contents, the combined satellite and receiver biases, and the estimation error covariance matrix, in a single-site or network solution. To evaluate the effect of the plasmaspheric component on the estimated biases and total TEC and to assess the performance of the newly developed algorithm, we compare the WinTEC results, with and without the plasmaspheric term included, at three GPS receivers located at different latitudes in the American sector, during a solar minimum period characterized by quiet and moderate geomagnetic conditions. We also investigate the consistency of our plasmaspheric results by taking advantage of the specific donut-shaped geometry of the plasmasphere and applying the technique at 12 stations distributed roughly over four geomagnetic latitudes and three longitude sectors. 相似文献
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数据同化是在基于物理机制的背景模型上,融合时空不规则分布的观测数据的一种现报方法.同化能够有效弥补数据的时空局限和模型的精度偏差,使二者相互匹配从而获得更加合理可信的模拟效果.本研究利用电离层数据同化方法,针对中国及周边区域（15°N-55°N,70°E-140°E）构建了电离层总电子含量（TEC）同化现报系统.系统使用国际参考电离层（IRI）作为背景场,利用中国科学院空间环境监测网和国际GNSS服务组织（IGS）的部分地基GNSS台站数据作为观测值,并采用三维变分与Gauss-Markov卡尔曼滤波相结合的算法进行背景场和观测值的数据同化,生成覆盖中国及周边区域的电离层TEC和GPS单频接收机延迟误差的格点化准实时现报地图,并在中国科学院空间环境预报中心（http：//sepc.ac.cn/TEC_chn.php）网上发布,每15 min进行更新.该系统是我国基于同化算法的电离层现报系统之一,已用于中国及周边区域的电离层环境实时监测,可为卫星导航、雷达成像、短波通信等科学研究和工程应用提供相对及时、准确、有效的电离层TEC和误差修正信息. 相似文献
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本文采用高效集合卡尔曼滤波(EnKF)算法和背景场热层电离层理论模式NCAR-TIEGCM,开发了热层电离层数据同化系统.基于全球空地基GNSS电离层斜TEC观测、CHAMP和TIMED/GUVI热层参量观测构型设计了系列观测系统模拟实验,对热层参量进行估计.实验结果表明,(1)通过集合卡尔曼滤波算法同化电离层TEC观测能够较好地优化热层参量.(2)中性质量密度优化效果在整个同化阶段均有提升,提升百分比能达到40%.(3)积分氧氮比在同化阶段也能得到较好的优化,但在电子密度水平梯度变化剧烈区域效果较差.最后本文对中性质量密度进行了预报评估,结果表明,由于中性成分优化,在地磁平静条件下其预报时间尺度可长达24h. 相似文献