一、电离层形成的热力学机制(论文文献综述)
谭广远[1](2021)在《风云三号电离层掩星产品评估及气候学特征研究》文中指出GNSS(Global Navigation Satellite System)无线电掩星观测作为一种新型探测技术,可以获取全球大气层以及电离层的三维结构,具备全天时、全天候、低成本、自校准、高精度和高垂直分辨率等技术特点。该技术所生成的大气产品(温湿压廓线)和电离层产品(电子密度廓线,电离层闪烁)可为数值天气预报、空间天气监测、大气物理研究以及电离层研究等提供重要数据支撑。我国分别于2013年以及2017年发射了风云三号(FY3)系列卫星中的C星(FY3C)以及D星(FY3D),形成了双星组网观测。此外,风云三号系列后续规划的4颗卫星(E,F,G,R)拟在未来10年内形成至少三星的连续组网观测。相较于其它国际掩星项目大多仅能接收GPS(Global Positioning System)信号的特点,风云三系列卫星搭载了全球首个能够同时接收北斗导航信号和GPS导航信号的新型载荷—全球导航卫星掩星探测仪(GNSS Occultation Sounder,GNOS)。随着风云三系列卫星的长期稳定运行,以及不同卫星的接续组网观测,亟待对积累的海量电离层掩星数据开展更广泛和深入的研究,将宝贵的电离层掩星观测资料发挥更重大的科学价值。本文追溯了无线电电离层掩星观测的发展状况,介绍了基本的电离层掩星反演原理,并基于目前在轨的风云三号系列电离层掩星数据产品的研究现状,开展了电离层产品误差评估、电离层产品应用研究等一系列工作,具体内容如下:1.介绍了基于FY3C-GNOS的无线电掩星反演系统的组成架构以及各级别掩星数据产品的反演流程,并阐述了常用的电离层掩星反演算法以及电离层闪烁的计算方法。2.系统评估了风云三号C星以及D星电离层掩星电子密度产品以及电离层闪烁产品的数据精度。结果表明,与垂测仪相比,FY3C GPS F2层峰值电子密度(F2-layer maximum electron density,Nm F2)和北斗Nm F2均表现出高于0.95的相关系数,低于10%和20%的平均偏差与标准差,证明了风云三号C星不同GNSS系统电子密度反演精度的一致性。此外,与垂测仪相比,风云三号D星的GPS Nm F2同样具有上述精度表现,证明了FY3D电子密度反演精度的可靠性以及C星与D星电子密度精度的一致性和接续性。C星的GPS F层最大幅度闪烁指数(S4max)以及D星的北斗S4max与COSMIC相比均有低于0.03和0.1的平均偏差和标准差,均表现出较为可靠的电离层闪烁观测精度。3.系统分析了FY3C-GNOS电离层气候学特征的完备性以及其与COSMIC气候学特征的一致性,尤其对其季节变化特征进行了重点的统计分析。在此过程中,综合了相应的数据质量控制和筛选方法对掩星数据进行甄选,并开发了应用于电离层气候研究的参数网格化方法对FY3C-GNOS全球气候学特征进行可视化呈现。结果表明,两者在Nm F2的电离层气候学特征中均表现出赤道异常,半年异常,年异常,威德海异常等典型气候学现象。两者也在hm F2中表现出一致的半球不对称特征和威德海异常现象,证明了FY3C-GNOS在电离层气候学研究中的可行性和可靠性。4.利用电离层掩星电子密度数据对近期低太阳活动期的IRI-2016模型进行评估与对比,为模型改善提供科学参考。结果表明,在统计分析中,IRI-2016URSI(International Union of Radio Science)Nm F2与电离层掩星Nm F2之间存在低于10%的系统偏差,IRI-2016 SHU(SHUbin)hm F2(F2层峰值高度)相比于BSE(Bilitza-Sheikh-Eyfrig)、AMTB(Altadill-Magdaleno-Torta-Blanch)hm F2的标准差降低5km左右。在气候学分析中,IRI-2016 URSI Nm F2与掩星Nm F2在电离层气候学特征上总体相同,不一致区域主要集中在海洋。相比于BSE以及AMTB hm F2选项,IRI-2016 SHU选项复现出与掩星hm F2较为一致的电离层气候学变化特征,证明了该选项融合垂测仪以及掩星hm F2数据的有效性。
高敬帆[2](2020)在《电离层化学物质释放的不稳定性研究》文中研究表明电离层化学物质释放是电离层理论研究的重要组成部分,是人工调控和应用电离层空间环境的有效手段之一。本文基于电离层不稳定性理论,研究了电离层化学物质释放的不稳定性效应,并有针对性的讨论了影响电离层不稳定性发展的关键因素。利用线性增长率理论可以从原理上分析化学物质释放的不稳定性触发效应,但线性理论对应不稳定性发展的早期阶段,只能部分判断电离层不规则体的形成概率。因此,需要能够反映不稳定性线性和非线性阶段发展演化详细过程的仿真手段,全面演示电离层不稳定性受化学物质释激励的发展过程。考虑到电离层仿真一般从形态学角度判断不规则体的出现,本文基于约束插值曲线法(CIP)对电离层不稳定性演化开展了初步的定量研究。论文主要工作包括以下几个部分:1.针对影响电离层不稳定性发展的关键因素,通过仿真发现了不稳定性演化的拐点,拐点出现之后,等离子体气泡从F层峰高附近迅速上升达到F层顶、分叉/破碎形成不规则体。以拐点出现的时间点为不规则体形成的标志,首次定量研究了电离层不规则体形成与背景增长率和初扰动强度的相关性,结果表明:拐点出现时间与背景增长率呈负指数相关关系,与初始扰动强度呈负幂指数相关关系。2.围绕化学物质释放的点源释放模型,分别研究了电子密度耗空型化学物质六氟化硫(SF6)和电子密度增强型化学物质钡(Ba)在不同条件下释放的电离层扰动效应,分析了化学物质释放的扰动持续时间和地磁场对扰动形态的影响。发现点源释放的扰动持续时间只有十几分钟到四十分钟的数量级;增强型释放产生的高密度电子云沿磁力线方向拉伸,耗空型释放产生的电子密度空洞在复原过程中沿着磁力被挤扁。3.利用线性增长率和仿真方法分析研究了化学物质释放的不稳定性触发效应,并首次讨论了SF6释放的复合率扰动。Ba释放产生的增长率扰动在早期能达到10-2数量级,但在十秒之后就下降到10-3数量级以下。SF6释放初期产生了极大的复合率扰动,总增长率为负;增长率正扰动出现在1分钟以后,并迅速达到10-2数量级,最终持续十几分钟到半个小时。仿真结果表明:SF6释放能有效激发电离层不稳定性的发展,即使背景电离层处于较稳定状态不利于不规则体形成时,SF6释放也有触发产生不规则体的可能;当背景电离层处于不稳定状态时,受SF6释放激发,电离层能够迅速形成结构复杂的不规则体。4.结合闪烁理论定量分析了仿真不规则体的结构性质。在应用CIP算法进行高精度电离层演化仿真的基础上,提取仿真不规则体的经验功率谱(PSD)和电子密度起伏方差剖面。拟合结果表明:不论是自然初始条件还是化学释放初始条件,仿真不规则体的PSD都能很好的符合不规则体的Shkarofsky理论谱。将经验PSD和方差剖面代入多相屏(MPS)计算,得到的闪烁参数能够很好的符合闪烁理论。这不仅为电离层仿真的定量验证提供了思路,也表明可以将电离层仿真拓展应用到电离层闪烁的研究中。对化学物质释放触发电离层不稳定性效应的研究,不仅可以用于规划化学物质释放的最佳释放时间、释放地点,也推动了关于电离层不稳定性演化机制的研究。
吴迪[3](2019)在《基于天基GNSS掩星探测技术的电离层闪烁研究》文中指出电离层闪烁会导致无线电信号的周跳甚至失锁,从而对全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的导航定位、星地通讯以及区域通信等产生非常严重的影响。基于我国雷达、北斗导航系统(Beidou Navigation Satellite System)的快速发展以及我国南方区域正处于磁赤道异常北驼峰区域的现状,该地区电离层闪烁及时有效的监测和预警对我国的国防建设、南海渔业、海上航运等生产生活活动显得极为重要。因此我国有必要大力发展南方乃至全球的电离层闪烁观测技术,推动电离层闪烁监测、预警和预报等空间天气研究。迄今为止,国内外已有大量电离层闪烁探测手段,其中,天基GNSS掩星接收机探测技术具有全球覆盖、高垂直分辨率、高精度、全天候和长期稳定等优点,是目前最主要的电离层闪烁探测方式之一,应当是我国发展的重点。我国于2013年研制并投入使用的GNSS掩星探测仪(GNSS occultation sounder,GNOS)搭载于风云三号C星(FY3C),其通过掩星临边观测获取了大量GPS电离层闪烁数据,为电离层闪烁预报、电离层闪烁概率发生模型等空间天气研究提供了重要支撑。基于FY3C-GNOS,我国于2017年研制并发射了搭载于FY3D卫星上的新一代GNOS,实现了GPS(Global Positioning System)与北斗(Beidou Nvigation Satellite System,BDS)双系统兼容的闪烁观测以及电离层闪烁观测数量的大幅度提升。本文详细介绍了电离层闪烁的探测原理以及研究现状,并围绕FY3C/FY3D-GNOS载荷,对其硬件设计实现、地面仿真系统设计、电离层闪烁产品反演精度验证、电离层闪烁产品应用等展开了详细讨论,并对FY3C/FY3D-GNOS电离层产品的应用前景作出展望。本文开展的主要工作如下:1.系统介绍了电离层的介质特性及其电子密度不规则结构的表征方法,分析其对卫星通信、卫星导航、雷达等系统的电离层闪烁效应。综述国内外电离层闪烁探测方法,结合FY3C/FY3D-GNOS掩星探测仪,重点分析了天基GNSS掩星探测电离层闪烁时全球覆盖、高精度、全天候和长期稳定的技术特点和优势。2.通过设计控制解算DSP以及基带处理FPGA实现了GNOS载荷的硬件功能,其中,在基带处理FPGA环节,本工作创新性地采用基于匹配滤波器和FFT频率搜索的捕获方法以及变带宽环路设计,解决了由于掩星事件持续时间很短,快速准确捕获GNSS信号并高质量输出数据的困难以及星上高动态效应产生的一系列问题,是本次载荷设计中的技术亮点。3.自主设计了基于Cornell模型的电离层闪烁地面仿真系统,完成了FY3C/FY3D-GNOS载荷功能和性能的测试。该仿真软件可灵活配置闪烁时间、数据更新周期以及模型参数,从而得到闪烁影响下GNSS信号幅度衰落及相位波动序列,通过Spirent公司的双频GPS信号模拟器生成受到电离层闪烁效应影响的GPS L1和L2以及BDS B1和B2双频信号,利用GNOS掩星探测仪进行接收、处理,结果表明,FY3C/FY3D-GNOS电离层闪烁探测精度符合要求。4.为在轨验证FY3C-GNOS电离层闪烁的探测精度,首次采用交叉验证方法将FY3C-GNOS在轨运行期间获得的最大电离层闪烁指数S4max与同类型天基COSMIC掩星项目所观测到的S4max数据进行匹配以及误差分析,在匹配过程中,除常规时空匹配外,还首次将两者掩星射线的方向性纳入匹配条件。分析表明两者数值差异的平均误差和标准差都小于0.01以及0.1。该量级的统计误差特性验证了FY3C-GNOS电离层闪烁产品的可靠性和精度,同时证明了不同电离层GNSS掩星探测项目间具备无偏性、长期一致性和稳定性,为将来开展一系列综合和长期的电离层掩星数据应用分析奠定了基础。5.天基电离层掩星探测技术能够观测到全球电离层的各种变化以及各种现象引起的电离层效应。基于该技术特点,本文首次将FY3C-GNOS在轨期间观测的电离层闪烁指数应用于事件级磁暴以探索该产品在磁暴研究中应用的可行性。结果表明FY3C-GNOS的电离层闪烁数据能够有效反映出磁暴初相、磁暴主相、磁暴恢复相的电离层变化特征,与已有闪烁探测结果相一致,表明了其在研究各类电离层现象中的巨大潜力。
黄玲[4](2019)在《中国区域电离层VTEC模型精化研究》文中研究说明全球导航卫星系统(GNSS)的不断发展和用户需求增加对电离层延迟改正模型精度的要求也随之提高,因此研究和建立区域电离层延迟精化模型以提高电离层延迟改正精度也迫在眉睫。本文围绕区域电离层监测与广域增强系统中的电离层VTEC精化建模,针对中国区域跨越中低纬地区,电离层活动变化复杂的实际问题,将地统计学(Geostatistics)中的基于空间变量随机性、结构性、相关性和变异性的Kriging空间内插方法应用到中国区域电离层VTEC精化模型中;同时,基于方差分量估计和拟合推估对Kriging空间内插格网模型进一步改进和精化,基于陆态网CMONOC观测数据构建了中国区域电离层VTEC精化模型及软件,并在此研究的基础上设计并实现了非差非组合PPP算法,同时进行了验证与分析。本文的主要工作和内容概括如下:1)综合考虑中国区域电离层活动地域性特征和电离层VTEC的时空变化特性,基于CMONOC观测数据计算的半变异函数结果,对中国区域电离层半变异函数的分布特征、变化规律进行了系统性研究与分析,总结了电离层VTEC的空间结构性和变异性规律,设计了充分顾及电离层活动时变性且灵活可调的半变异函数的构建方法,提供了有效的空间变量结构相关性与变异性信息,为中国区域电离层精确模型化提供有效支撑和基础。2)基于CMONOC数据统计、构建的灵活可调的半变异函数,本文实现了中国区域电离层VTEC Kriging空间内插优化算法,该算法可获得最优无偏线性(BLUE)估计量,给出了优化的内插估计精度;在此基础上,本文进行了中国区域电离层VTEC Kriging格网模型精化研究,设计并实现了基于Kriging空间内插优化的中国区域电离层格网精化模型处理软件。与多种函数基模型和VTEC产品的对比分析表明,由于Kriging空间内插优化模型充分顾及了VTEC变量空间结构与变异性,更符合理论与实际情况,内符合精度在2 TECU以内,格网点估计精度历元均值在14 TECU左右,更适用于电离层活动复杂变化的中国地区3)首次提出了基于方差分量估计的Kriging电离层格网模型建立方法-KVCE。该方法充分顾及并优化匹配了观测噪声与随机信号模型的方差协方差阵,进一步改进了中国区域VTEC模型。与多种模型进行了多角度综合对比与分析,结果表明,KVCE方法的局部内插精度约为1.37 TECU,比普通Kriging空间内插模型和多项式内插方法分别提高了1.2和0.7 TECU左右;区域建模精度约为1.5 TECU,比函数基模型提高了约1.0 TECU;格网VTEC估计精度历元均值约在3 TCEU以内,日均值在1 TECU以内,优于普通Kriging方法,且在边际区域的优势更加明显。4)对中国区域电离层VTEC精化模型在不同太阳活动水平下的性能进行了验证与分析,从绝对精度和相对精度统计分析了建模残差RMS、格网VTEC估计中误差MSE和外部检核站检核结果,数据表明,太阳活动水平较强烈时,区域电离层精化模型改正效果仍与太阳活动平静期相当,太阳活动峰值和谷值时,建模残差RMS分别约为2.63与2.60 TECU,MSE均值分别约为4.52与4.35 TECU,两种情况下的内符合精度相当;整体上,中纬度地区改正精度优于低纬度地区。从外部检核的外符合指标来看,测站残差单天均值均分布在-22 TECU左右,低纬度测站的残差较大约为-8 TECU;中低纬度区域测站残差RMS都分别在15 TECU和515 TECU;各测站单天平均改正效果均达到80%以上。5)单频SPP定位验证分析表明:基于CRIM(China Regional Ionospheric Map)的单频SPP三维定位精度在中高纬度地区和低纬度地区分别优于1.4m和3.2m,比利用CODE的单频SPP定位精度提高了0.21.0m6)利用非差非组合PPP(IC-PPP)算法,验证了中国区域电离层精化模型的性能。与CODE的电离层产品辅助IC-PPP的定位结果进行对比,CRIM辅助的IC-PPP,提高了初始定位精度、加快双频非差非组合PPP的收敛速度。在不同纬度地区,基于CRIM高精度电离层延迟改正信息约束的IC-PPP在平面与三维分别收敛至10cm、15cm、20cm等不同精度时的收敛速度,比CODE分别提高了1.8、1.3、1.0分钟和3.9、3.0、1.8分钟,在北向、东向和高程方向上的初始定位精度分别提高了12cm(23.5%)、13cm(35.1%)、6cm(7.8%)。
孙方方[5](2018)在《COSMIC掩星电子密度廓线反演及比较验证》文中认为GNSS无线电掩星技术是一种新兴的电离层探测的手段,拥有传统电离层观测手段无可比拟的优势。GNSS无线电掩星技术通过临边观测,可以获得地面至LEO轨道高度处的电子密度剖面,具有全球覆盖、垂直分辨率高、全天候、无系统偏差的特点。在球对称假设的前提下,电子密度剖面可以通过Abel变换由斜路径TEC序列反演得到。但在电离层水平梯度较大的区域,该方法会在E层高度引入较大的误差。本文在电离层基本理论的基础上,系统地介绍了电子密度廓线反演的流程和方法,并对COSMIC反演结果进行了验证比较。总的来说,本文的主要内容包括:(1)太阳活动对Abel变换反演的影响。太阳辐射对电离层电子形成有着重要的作用,基于EGOPS软件仿真模拟,以NeUoG模型为背景电离层,前向模拟得到附加相位延迟等数据,并使用Abel变换反演出电子密度,与模型真值相减即可计算出反演误差。对单个掩星事件不同太阳活动条件下的反演误差进行分析,结果表明Abel反演误差随太阳活动强度增加而增大。在峰值高度以下Abel反演出现较大的误差,太阳活动较强时在E层的误差甚至超过200%。(2)COSMIC反演的F2层临界频率foF2与垂测仪观测值的统计验证。利用东南亚地区同一经度带上的三个垂测仪站对构成同步观测的COSMIC数据进行验证。结果表明与COSMIC反演结果北驼峰的垂测仪站偏差最大,南驼峰的垂测仪站次之,与磁赤道附近的垂测仪站吻合最好。这主要是由于电离层电子密度的水平不均匀分布会导致以球对称假设为前提的“洋葱分层”反演算法产生较大误差。此外,对两种观测手段不同太阳活动水平下的差异、季节差异和昼夜变化也进行了研究。(3)COSMIC反演的峰值参数(NmF2和hmF2)与IRI-2016模型预测值比较。分析了太阳活动低年2008年和高年2014年不同季节的白天(1300-1500LIT)COSMIC和IRI-2016模型的NmF2和hmF2全球分布特征。COSMIC反演的峰值参数很好地捕捉到了经度方向上的变化、南北半球不对称及冬季异常等现象。与COSMIC相比,在2008年白天(1300-1500LT),IRI模型预测值在EIA高估NmF2,而低估hmF2。IRI模型与COSMIC峰值参数的误差随当地时间和磁纬度也存在明显的变化。使用2008-2014年COSMIC掩星数据对IRI-2016模型在中国区域的性能表现和IRI-2016计算NmF2和hmF2的不同选项的优劣性进行了分析,结果发现IRI-2016模型在太阳活动高年的表现优于太阳活动低年,hmF2值输出值与COMSIC观测值的相关性低于NmF2输出值。中午时分IRICCIR模型和IRIURSI模型均高估NmF2,在太阳活动低年更为显着。在太阳活动低年的每个季节,CCIR hmF2模型和AMTB hmF2模型输出值均高于COSMIC观测值,并且AMTB模型输出值的偏差更大,尤其在冬季。Shubin模型输出值与COSMIC观测值最为接近。(4)磁暴对COSMIC反演的电子密度廓线精度的影响。使用kp>3+时期的磁低纬度地区的11个垂测仪台站峰值参数(NmF2和hmF2)数据与COSMIC同时观测的数据统计分析。结果表明,磁暴条件下NmF2相对偏差的标准差为24.93%,hmF2的绝对偏差的平均值为20.1702km,且随着磁暴等级增加反演精度下降。但整体上看,磁暴条件下COSMIC反演的电子密度廓线精度仍较好,可以用于相应的研究。
范小邦[6](2018)在《基于GPS的广州地区电离层闪烁谱分析和闪烁对静止气象卫星测距异常影响的研究》文中研究表明我国华南地区位于赤道异常北驼峰区域,该地区电离层闪烁频发。电离层闪烁对无线电波通信有着不可忽视的影响,随着各类全球导航系统和卫星通信在全球范围的应用日益广泛,观测和研究电离层闪烁的规律意义十分重大。本文利用华南地区广州站2014年1月到2015年12月的GPS电离层闪烁监测仪的闪烁数据和FY-2系列静止气象卫星测距数据,提取出4820例闪烁谱和闪烁谱指数,归纳总结了广州地区闪烁对应着单幂律谱和双幂律谱两大典型闪烁谱,这两大类闪烁谱可以细分为5类,并初步分析了这5类闪烁谱的特征和产生原因。同时还研究了广州地区电离层闪烁和FY-2系列静止气象卫星测距异常事件之间的关系。本文主要结论归类如下:1、广州地区的闪烁对应着单幂率和双幂率两大典型闪烁谱。其中单幂率闪烁功率谱可细分为第一类和第二类,对应着全部中等闪烁、弱闪烁和部分强闪烁。这两类功率谱特点是谱曲线在低频平坦或者略微向上,高频部分近似直线下降,低频段的形态与不规则体的各项异性强弱有关。双幂率闪烁功率谱对应着绝大部分的强闪烁,第三类、第四类、第五类闪烁谱属于双幂率闪烁谱,共同的特点是高频部分都存在显着的谱折断。第三类闪烁谱在低频段处于缓慢下降趋势,谱折断频率附近的谱密度增强使低频段谱指数小于高频段谱指数;第四类闪烁谱低频段呈现上升趋势,电离层不规则体多重强散射形成第四类闪烁谱,频率1Hz(1km尺度)及更高频的谱密度增强尤为明显说明大中小尺度的电离层不规则体同时存在;折射散射占主导地位导致出现第五类闪烁双幂律功率谱形态,存在的大尺度不规则体造成低频段谱指数大于高频段谱指数。2、谱指数n随闪烁强度的增强出现增大的趋势。谱指数范围在0.63到9.57,平均谱指数值为3.86,78.5%以上的谱指数值分布在0-6之间,83.4%中弱闪烁强度的谱指数值分布在0-7之间,89.27%的强闪烁下的谱指数分布在5-10之间,得出谱指数与闪烁强度存在某种正相关变化规律,进一步验证了谱指数n随闪烁强度的增强有增大的趋势。3、静止气象卫星信号在3月和9月出现多次显着的测距异常事件,静止卫星测距异常事件与电离层闪烁在时间上具有很好的相关性,二者在发生时间和平均时间上相关系数超过0.99,且随着电离层闪烁不断增强,测距异常现象持续的时间也相应增加。比较FY-2系列静止气象卫星测距异常发生的先后次序,发现理论计算结果符合实际观测结果,进一步证实了静止卫星测距异常与电离层闪烁存在一定的相关性。
周彩霞[7](2014)在《中低纬电离层不规则体及闪烁特性研究》文中进行了进一步梳理电离层含有各种尺度的不规则结构。电离层不规则结构的形成机理、观测形态及其对无线电信号传播效应的研究一直是电离层研究中倍受关注的领域。电离层电子密度不规则结构使得卫星信号幅度、相位、到达角等发生闪烁,导致通信系统误码、天基雷达成像性能降低和导航定位精度下降。本文围绕国防预研基金、国家自然科学基金、中央高校基础业务科研专项基金等项目的部分研究任务,对我国中低纬地区电离层不规则体的形态特征、变化规律以及穿过电离层不规则结构的无线电信号统计特性进行了研究。作为研究工作的基础,本文首先介绍了电离层的形态特性和电离层垂直探测系统。在此基础上,主要开展了如下工作:第一、基于电离层等离子体特性,研究了赤道电离层不规则体形成理论中的Rayleigh-Tayor不稳定性,推导了等离子体不稳定性线性生长率。并对电离层密度扰动演变过程以及不稳定生长率的时空分布进行了数值仿真。不稳定性生长率在峰值高度以上为负值,在峰值高度以下为正值;某一高度处不稳定性生长率随地方时变化显着,在夜间22:00LT左右出现极大值。这一点与中低纬地区电离层不规则结构实验观测结果符合的较好。第二、利用电离层闪烁监测数据,统计分析了我国低纬地区(昆明和海口)GPS卫星信号和中纬地区(西安)UHF卫星信号的电离层闪烁特性,包括地方时分布、逐日分布、季节分布等统计特性。结果表明低纬地区(海口和昆明站)GPS电离层闪烁事件主要发生在春秋季的夜间时段,且21:00LT-1:00LT发生率最高;而中纬地区的西安站UHF电离层闪烁事件主要集中在夏季夜间时段,午夜23:00LT发生率最高;西安站闪烁事件发生时间比昆明站推迟大约1小时左右,比海口站推迟大约2小时左右。第三、利用电离层垂直探测数据,统计分析了中纬地区(西安)电离层扩展F层和偶发E层发生的时间分布特性,讨论了中纬地区电离层不规则体观测与磁、太阳活动的关联性。结果表明中纬地区电离层扩展F现象主要发生在夏季夜间时段,Es主要发生在夏季白天时段,扩展F和Es发生率与太阳活动的关联性不显着,与地磁活动呈正相关的关系;Es发生率随地方时分布规律中还呈现出较为明显的双峰结构;夏季夜间时段扩展F和闪烁事件的相关系数为0.869。第四、基于多重相位屏理论模型,研究了我国中低纬地区(海口、武汉和西安)电离层闪烁特性,分析了电离层及其不均匀结构对卫星信号闪烁特性的影响,提出了基于相位屏模型的电离层等效厚度的分析方法。结果表明,电离层沿高度方向的不均匀性对信号闪烁特性有一定影响,影响程度随地方时变化显着。我国中低纬地区电离层等效厚度位于270-370km厚度范围,该结论可对基于相位屏近似的传输模型的工程应用提供一定的理论参考依据。第五、利用平面波脉冲波的双频、双点互相关函数,研究了穿过电离层的卫星信号二阶统计特性。结果表明,电离层不均匀性对卫星信号相干特性影响很大,影响程度随纬度、地方时变化显着。
徐盛[8](2014)在《极区电离层F2层峰值电子密度特性共轭研究》文中认为利用南极中山站以及北极与其地理共轭的Tromso站、地磁共轭的Longyearbyen站一个太阳周的电离层观测数据,对极隙区/极光带纬度电离层F2层峰值电子浓度(NmF2)的气候学特征及其太阳活动依赖性进行了对比研究,并与国际参考电离层模型IRI-2012进行对比,最后利用数值模拟手段对太阳活动低年极隙区纬度电离层的日变化特征做了分析。主要结果归纳如下:首次对南北极极隙区/极光带纬度地磁/地理共轭的三个台站NmF2长期的日变化和年变化特征进行了对比研究,结果发现三个台站Nm F2日变化峰值出现时间略有差异,说明粒子沉降和等离子体对流对极隙区纬度NmF2有重要影响。除日侧峰值外,Longyearbyen站NmF2在太阳活动高年冬季磁子夜之前还存在一个峰值,是穿过极盖区的等离子体对流作用的结果。Tromso站在冬季磁子夜附近也存在一个次峰则是受夜侧极光亚暴影响所致。年变化中,三个台站在太阳活动低年都是正常的夏季最大,冬季最小。在太阳活动高年都存在半年异常,Tromso站和中山站还存在不同程度的冬季异常。对比分析了极区电离层NmF2的太阳活动依赖性。研究发现在三个台站NmF2月中值随修正太阳10.7厘米辐射通量指数P(=(F10.7A+F10.7)/2)月均值增大主要呈线性增长趋势。在北极两个台站冬季,NmF2随P变化表现出了一定的放大效应。在南极中山站夏季,NmF2随P变化表现出了一定的饱和效应。总体来看,Tromso站NmF2与P线性关系最好,中山站次之,Longyearbyen站最差。Tromso站在冬季磁子夜附近,NmF2对太阳活动响应最弱,NmF2与P线性关系最差,说明主要是受极光亚暴影响;在Longyearbyen站冬季磁子夜之前,NmF2对太阳活动同样有着较强的响应,说明是穿过极盖区的等离子体对流将日侧高密度等离子体输运到夜侧的结果,从另一侧面证实了前面对这两个台站夜侧峰值形成机制论述的正确性。研究了不同太阳活动条件下,国际参考电离层模型IRI-2012对三个台站NmF2的预测精度,对比分析了观测和预测结果随UT时刻和年份的分布及其日变化曲线,并做了误差分析。发现IRI预测与观测结果在Tromso站符合最好,中山站次之,Longyearbyen站最差,在三个台站都是夏季符合最好,冬季符合最差。在Tromso,IRI预测与观测在太阳活动高年比太阳活动低年符合更好。而在极隙区纬度的中山站和Longyearbyen站,预测与观测符合情况在太阳活动低年比高年略好。在Longyearbyen站冬季,IRI预测整体较差。说明IRI模型对太阳辐射引起的光致电离考虑较多,而对极区等离子体对流、极隙区软电子沉降、极光粒子沉降以及分子复合引起的高纬电离槽等因素的影响考虑不足。利用高纬电离层模型对极隙区纬度地磁共轭的中山站和Longyearbyen站太阳活动低年冬季NmF2的日变化曲线进行了数值模拟,对两个台站的模拟结果与观测结果符合的都比较好。除此之外,还通过改变其输入参数,研究了两个台站在冬季一些特定条件下NmF2的变化特征。通过改变地磁活动条件进行模拟,发现NmF2表现形态上的差异是极区对流模式相对于晨昏线位置的不同所致。通过对E,F层电子密度分布进行模拟对比,发现极光粒子沉降对两个台站E层和F层电子密度均有贡献。分别把粒子沉降和光致电离作为唯一输入参数进行了模拟,结果发现极隙区F层电子密度的上升并不仅仅依赖于软电子沉降,水平输运过程和光致电离的相互作用对其有较大贡献。
马新欣[9](2014)在《基于COSMIC掩星数据的电离层分布特征及地震响应研究》文中研究指明GPS (Global Positioning System,全球定位系统)无线电掩星技术具有全球覆盖、垂直分辨率高等优点,为电离层的研究提供了十分丰富的资料。本论文的研究主要基于COSMIC(Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere and Climate)掩星电离层数据,详细介绍了电离层的基本理论;阐述利用掩星技术探测电离层的基本原理;针对COSMIC掩星数据分布特点,建立了数据分析和研究方法;目前的研究对电离层物理量不同区域分布差异的分析较少,对不同太阳活动条件下电离层电子密度垂直分布的研究相对不足,本文对此开展了电离层分布特征的研究工作;分析了典型震例在地震活动期间多个物理量的异常扰动变化。主要研究成果如下:1掩星数据分析与研究方法利用COSMIC掩星电离层F2层峰值密度(NmF2)、临界频率(foF2)、峰值高度(hmF2)、电子密度(Ne)等数据,针对掩星数据在时间尺度上分布不均匀的特点,使用傅里叶逼近拟合方法获取在时间尺度上连续的数据。在空间分布上,我们分别基于B样条函数和球谐函数计算模型值,获得全球空间分辨率较高的电离层数据。再以IRI(International Reference Ionosphere)模型计算的结果作为参考,检验方法有效性。结果表明,使用的方法是有效的。利用B样条函数计算的结果展开收敛速度更快,计算时间短,可以反映小区域的变化;利用球谐函数计算的结果平均残差小于B样条函数,分布更清晰平滑,可以反映全球的变化规律。因此,本论文使用球谐函数计算结果作为后续研究的基础数据。2电离层分布特征研究1)空间电离层峰值密度和临界频率存在明显的年周期变化,白天(LT12-15)峰值密度和临界频率在磁纬低纬和中纬地区基本以半年周期变化为主,其幅度最大值在3、4月和9、10月(两分点)附近;夜间(LT00-03)南半球的部分地区和北半球磁纬中纬60°-120°E地区以年周期变化为主,其幅度最大值在至点6月(北半球夏季)或12月(南半球夏季)附近;年异常和半年异常现象是中低纬地区白天NmF2和foF2分布的常规变化特征;随着太阳辐射能量的增强,赤道异常空间范围扩宽。2)空间电离层峰值高度夜间(LT00-03)不存在明显的规律变化,变化范围基本分布在200km-400km高度。白天(LT12-15)峰值高度磁纬±10°范围不存在明显的年周期变化,变化范围基本分布在300km-400km高度;南北半球磁纬10°-20°范围,部分区域呈现相对明显的年周期变化,南北半球磁纬20°-30°和磁纬中纬度大部分范围以年周期变化为主,变化范围基本分布在200km-400km高度。随着太阳辐射能量的增强,峰值高度的变化幅度增大,尤其是在赤道和低纬度地区。3)在250km-500km高度,电离层电子密度夜间存在威德尔海异常现象,最大值在300km-400km高度;随着太阳辐射能量的增强,300km-500km高度威德尔海异常区域空间范围扩宽,250km-350km高度赤道异常范围扩展到中纬地区;电子密度白天(LT12-15)存在明显的季节变化,夜间(LT00-03)季节变化不明显。3典型震例分析1)提出地震异常扰动的分析方法,研究我国三例强震地震活动期间多个物理量的变化特征。研究发现,汶川地震发生后,部分区域峰值密度相对变化幅度增大,分布在1-1.5之间,TEC相关系数下降到0.6,功率谱密度变化明显;于田地震发生后,部分区域峰值密度相对变化幅度增大,分布在0.8-1.2之间,震前地磁垂直分量增强,但时间上与空间异常分布不同步,需要进一步的研究;玉树地震发生后,震中邻近区域峰值密度相对变化幅度增大,分布在0.6-0.8之间,多个台站地磁垂直分量差值小幅下降到OnT以下;三个震例在地震活动期间,电离层都存在扰动现象,其中汶川和玉树地震发生后,地磁垂直分量同时出现扰动变化;仅从计算的震例结果来看,震级越大,峰值密度相对变化幅度增强。2)针对汶川震例,基于SAMI2模型模拟计算结果和观测结果对比分析,验证附加电场可以引起电离层的扰动变化,提出异常电场机制对地震电离层响应的解释可能更为合理。
熊雯[10](2014)在《磁扰时跨极盖电势及其时间变化率对赤道F层垂直漂移影响的统计学研究》文中研究表明电场穿透现象的研究是近年来国际关注的热门课题之一。研究暴时行星际电场穿透对于理解太阳风-磁层-电离层能量耦合具有重要科学意义。虽然围绕这一课题开展的研究已有超过40多年的历史,但仍有许多问题至今尚未解决,其中最为关键的就是电场穿透产生的条件。在磁暴期间,携带行星际磁场的太阳风与地球磁层相互作用,通过磁场重联和其他物理机制,使得巨大的太阳风能量得以进入地球空间,大尺度行星际电场穿透进入磁层甚至中低纬电离层,显着改变当地的电场和离子漂移速度的大小甚至极性。本文研究磁扰时跨极盖电势及其时间变化率对赤道F层等离子体垂直漂移的影响以及跨极盖电势的饱和现象。首先,我们利用DMSP和ROCSAT-1卫星测量得到的离子漂移数据和AMIE(Assimilative Mapping of Ionospheric Electrodynamics)模型输出的跨极盖电势,对2001-2003年间118个Kp>4的磁扰动事件,尤其关注跨极盖电势及其时间变化率对赤道区离子垂直漂移的影响。统计学研究得到磁层顶行星际电场向低纬电离层穿透的最可几时延以及穿透效率。然后,利用OMNI的太阳风数据和AMIE模型输出的跨极盖电势值,对暴时跨极盖电势饱和效应进行统计学研究,得到行星际电场晨昏分量与跨极盖电势两者之间的定量关系式。论文的主要研究工作和结果归纳如下:1.利用840km高度上DMSP卫星在晨-昏和白天-夜晚地方时扇区的离子漂移速度数据,分析了2001-2003年磁扰动期间跨极盖电势及其时间变化率对赤道区F层离子垂直漂移增量的影响。发现在DMSP卫星轨道所在的地方时,跨极盖电势时间变化率与赤道区电离层离子垂直漂移增量之间的相关性要明显优于跨极盖电势本身与赤道区电离层离子垂直漂移增量之间的相关性,表明快速变化的电场更容易向低纬穿透。确定了跨极盖电势时间变化率和赤道区离子垂直漂移增量之间的线性关系式,得到了电场穿透效率的值。2.利用600km高度上ROCSAT-1卫星在1999-2004年运行期间的离子漂移速度数据,系统地分析了地磁平静期间赤道区电离层离子垂直漂移的变化规律,发现赤道区电离层离子垂直漂移具有明显的季节、地方时和经度变化。赤道区离子垂直漂移总体的变化趋势为:白天向上,夜晚向下,离子漂移速度的峰值随经度和地方时的变化非常明显,尤其是在夏季和冬季。白天的极大值大多出现中午之前(0900-1100LT),夜晚的极小值则大多出现在日出前(0400-0500LT)。在春、秋分的黄昏前和夏季5-8月的黎明前,几乎在所有经度上都能看到离子垂直漂移在其极性发生翻转之前有明显的增强,它们出现的时间随经度变化并不明显。3.利用ROCSAT-1测量数据,分析了2001-2003年磁暴期间所有地方时扇区跨极盖电势及其时间变化率与离子垂直漂移增量之间的相关性,发现几乎在所有地方时,离子垂直漂移增量与跨极盖电势时间变化率的相关性均优于其与跨极盖电势本身的相关性。4.利用OMNI的太阳风数据和AMIE输出的跨极盖电势,以每个事件中AE最大值AEmax作为衡量磁扰动强度的特征量,分析了不同AEmax取值范围内的跨极盖电势饱和现象。发现跨极盖电势的饱和值与AEmax有较好的线性关系,相关系数为0.81。5.统计学研究了不同磁扰强度期间行星际电场对跨极盖电势的影响。发现在1000<AEmax≤2000nT范围内,当行星际电场晨昏分量-2≤Ey≤3mV/m时,跨极盖电势与行星际电场线性相关,线性拟合的斜率约为6.5:当Ey>3mV/m时,跨极盖电势趋向饱和,饱和值约为90kV,饱和部分斜率为1/7,当Ey<-2mV/m时,跨极盖电势随行星际电场变化缓慢,拟合的极小跨极盖电势约为54kV,斜率约为1/2。2000<AEmax≤3000nT时,跨极盖电势出现饱和对应的行星际电场阈值在4mV/m以上,在对AEmax超过3000nT的超强磁暴进行研究发现,行星际电场的阈值超过10mV/m。论文的创新之处:1.相关性分析发现,与跨极盖电势相比,其时间变化率与赤道F层离子垂直漂移的相关性更好,暗示快速变化的太阳风可能对电场穿透更为有效。2.统计分析表明,存在行星际电场晨昏分量的闽值,超过此阈值跨极盖电势趋于饱和,饱和值为~90kV,饱和部分斜率为1/7,AEmax与跨极盖电势饱和值存在显着正相关。3.发现在夏季5-8月黎明时段,几乎在所有经度上,离子垂直漂移在极性翻转前都出现明显的增强,出现的时间随经度变化并不明显。
二、电离层形成的热力学机制(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、电离层形成的热力学机制(论文提纲范文)
(1)风云三号电离层掩星产品评估及气候学特征研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 电离层的形成及其分层结构 |
1.2 电离层无线电掩星探测 |
1.3 FY3C/FY3D-GNOS掩星探测仪 |
1.4 本文的研究内容 |
1.5 本文创新点 |
第2章 电离层掩星反演技术及反演原理 |
2.1 无线电掩星反演系统构成 |
2.1.1 GNSS导航卫星星座 |
2.1.2 低轨卫星 |
2.1.3 地面卫星跟踪站 |
2.1.4 掩星数据分析处理中心 |
2.2 掩星数据反演流程 |
2.3 电离层掩星电子密度反演算法 |
2.3.1 基于多普勒频移的Abel反演方法 |
2.3.2 基于TEC的 Abel反演方法 |
2.3.3 基于TEC的改正Abel反演方法 |
2.4 电离层闪烁指数计算 |
第3章 风云三号C、D星 GNOS电离层掩星数据与其他资料对比 |
3.1 FY3C-GNOS电离层掩星数据与其他观测资料的统计对比 |
3.1.1 FY3C-GNOS GPS/BDS电子密度数据与其他观测资料对比 |
3.1.2 FY3C-GNOS GPS电离层闪烁数据与COSMIC对比 |
3.2 FY3D-GNOS电离层掩星数据与其他观测资料的初步统计对比 |
3.2.1 FY3D-GNOS GPS电子密度数据与垂测仪的初步对比 |
3.2.2 FY3D-GNOS BDS电离层闪烁数据与COSMIC的初步对比 |
3.3 本章小结 |
第4章 风云三号C星GNOS电离层掩星产品气候学特征研究与对比分析 |
4.1 研究背景 |
4.2 适用于电离层气候研究的无线电掩星数据的质量控制和筛选方法 |
4.2.1 方法提出背景 |
4.2.2 掩星数据质量控制与筛选流程 |
4.2.3 掩星数据质量控制与筛选实例 |
4.3 适用于电离层气候研究的无线电掩星数据网格化方法 |
4.3.1 方法提出背景 |
4.3.2 掩星数据网格化流程 |
4.3.3 掩星数据网格化呈现全球电离层气候学特征的实例 |
4.4 FY3C-GNOS与 COSMIC电子密度数据在气候学研究中的网格化方法 |
4.5 FY3C-GNOS与 COSMIC电子密度数据在电离层气候学特征中的对比 |
4.5.1 全球Nm F2 电离层气候学特征分析 |
4.5.2 全球hmF2 电离层气候学特征分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 风云三号C星 GNOS电离层掩星产品与IRI-2016 模型的对比分析 |
5.1 研究背景 |
5.2 电离层掩星数据选取与分析方法 |
5.2.1 掩星数据集数据筛选 |
5.2.2 统计分析中IRI-2016 与电离层掩星Nm F2/hmF2 数据的偏差计算 |
5.2.3 气候学分析中Nm F2/hmF2 的数据网格化方法 |
5.3 IRI-2016 与电离层掩星数据集之间的Nm F2/hmF2 统计分析 |
5.3.1 IRI-2016 与电离层掩星数据集之间Nm F2 的统计偏差 |
5.3.2 IRI-2016 与电离层掩星数据集之间hmF2 的统计偏差 |
5.4 IRI-2016 与电离层掩星数据集之间Nm F2/hmF2 的电离层气候学特征比较 |
5.4.1 全球Nm F2 电离层气候学特征对比 |
5.4.2 全球hmF2 电离层气候学特征对比 |
5.5 本章小结 |
第6 章 总结与展望 |
6.1 研究内容总结 |
6.2 未来展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(2)电离层化学物质释放的不稳定性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号对照表 |
缩略语对照表 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 电离层不稳定性的国内外研究现状 |
1.3 化学物质释放的国内外研究现状 |
1.4 论文结构 |
第二章 电离层不稳定性理论 |
2.1 电离层简介 |
2.1.1 电离层基本结构 |
2.1.2 电离层不规则体 |
2.2 电离层不稳定性理论 |
2.2.1 本地不稳定性分析 |
2.2.2 管通量积分不稳定性分析 |
2.3 电离层背景环境对不稳定性的影响 |
2.3.1 经向中性风的影响 |
2.3.2 纬向中性风的影响 |
2.3.3 纬向电场的影响 |
2.3.4 经向电场的影响 |
2.3.5 电离层水平梯度的影响 |
2.3.6 离子复合的影响 |
2.3.7 线性增长率完整表达式 |
2.4 计算结果 |
2.5 本章小结 |
第三章 电离层不稳定性演化仿真 |
3.1 引言 |
3.2 电离层仿真的理论基础 |
3.2.1 基本模型 |
3.2.2 仿真的基本设置 |
3.3 电离层演化仿真 |
3.4 不稳定性演化与增长率、扰动强度的相关性 |
3.5 本章小结 |
第四章 化学物质点源释放模型 |
4.1 引言 |
4.2 释放物质与电离层的作用过程 |
4.2.1 点源释放的动力学模型 |
4.2.2 释放物质在电离层的化学过程 |
4.2.3 等离子体扩散过程 |
4.3 化学物质点源释放模拟 |
4.3.1 释放场景参数 |
4.3.2 SF_6 释放 |
4.3.3 Ba释放 |
4.4 释放参数对扰动形态的影响 |
4.5 本章小结 |
第五章 化学物质释放的不稳定性效应 |
5.1 引言 |
5.2 化学物质释放产生的增长率扰动 |
5.2.1 电子密度扰动对增长率的影响 |
5.2.2 SF_6 释放的复合率扰动 |
5.3 SF_6释放不稳定性效应的仿真研究 |
5.4 本章小结 |
第六章 基于多相屏的电离层传播效应分析 |
6.1 引言 |
6.2 仿真不规则体电子密度起伏参数的提取 |
6.2.1 不规则体的一般描述 |
6.2.2 仿真不规则体电子密度起伏参数估算 |
6.3 基于闪烁效应的仿真结果分析 |
6.3.1 多相屏方法 |
6.3.2 MPS闪烁计算 |
6.4 本章小结 |
第七章 结束语 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
(3)基于天基GNSS掩星探测技术的电离层闪烁研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
论文创新点 |
第1章 绪论 |
1.1 电离层的形成及分层结构 |
1.2 电离层闪烁 |
1.3 国内外研究现状 |
1.4 FY3C/FY3D GNOS掩星探测仪 |
1.5 本文的研究内容 |
第2章 GNOS电离层掩星探测仪方案及闪烁探测研究 |
2.1 电离层掩星探测原理及反演方法 |
2.2 GNSS无线电掩星探测系统 |
2.3 GNOS掩星探测仪设计方案 |
2.3.1 控制解算DSP |
2.3.2 基带处理FPGA |
2.4 电离层闪烁指数探测方法 |
2.4.1 相干积累法 |
2.4.2 窄带功率与宽带功率相差法 |
2.4.3 基于FFT的电离层闪烁指数提取法 |
第3章 GNOS掩星探测仪地面测试电离层闪烁指数 |
3.1 场景设置 |
3.2 整机测试结果 |
3.3 S4指数测试结果 |
第4章 FY3C GNOS掩星探测仪在轨测试及与COSMIC数据的对比验证 |
4.1 电离层F层最大S4 指数的选取条件 |
4.2 FY3C以及COSMIC探测的数量及分布 |
4.3 FY3C-GNOS以及COSMIC的S4_(max)~F数据量变化 |
4.4 空间天气条件 |
4.5 FY3C与COSMIC的S4_(max)~F数据匹配标准 |
4.6 数据匹配对实例 |
4.7 数据对比结果统计 |
4.7.1 全天数据对比结果 |
4.7.2 夜间数据对比结果 |
4.7.3 白天数据对比结果 |
4.8 小结 |
第5章 磁暴期间FY3C GNOS掩星探测仪观测到的电离层闪烁变化 |
5.1 2015年3月磁暴特性 |
5.2 磁暴中FY3C观测到的电离层闪烁情况分析 |
5.3 与已有的闪烁探测结果比较 |
5.4 掩星视线方向对S4 的影响 |
5.5 小结 |
第6章 总结与展望 |
展望 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
致谢 |
(4)中国区域电离层VTEC模型精化研究(论文提纲范文)
博士生自认为的论文创新点 |
摘要 |
Abstract |
缩略词 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 电离层探测技术手段 |
1.2.2 电离层模型理论与研究方法 |
1.2.3 地基GNSS电离层研究的发展现状 |
1.3 本文主要研究内容与目标 |
1.3.1 研究目标 |
1.3.2 研究内容与结构安排 |
1.4 本章小结 |
2 基于GNSS反演电离层的基本原理与方法 |
2.1 引言 |
2.2 电离层的变化特性及其影响因素 |
2.2.1 电离层的时空形态结构与变化规律 |
2.2.2 太阳与地磁活动对电离层的影响 |
2.2.3 电离层对无线电信号的影响 |
2.3 基于GNSS的电离层TEC提取与模型化原理 |
2.3.1 GNSS电离层TEC信息的提取 |
2.3.2 GNSS电离层TEC建模原理 |
2.4 本章小结 |
3 基于地统计Kriging空间内插的中国区域电离层优化模型的建立 |
3.1 引言 |
3.2 Kriging空间内插原理 |
3.2.1 地统计学中的基本概念 |
3.2.2 半变异函数理论 |
3.2.3 普通Kriging空间内插方法 |
3.3 基于Kriging中国区域VTEC精化模型的构建 |
3.3.1 电离层TEC估计中半变异函数选取与拟合原则 |
3.3.2 VTEC估计时IPP点搜索原则 |
3.4 建模结果验证与分析 |
3.4.1 中国区域VTEC半变异函数分析 |
3.4.2 多种模型建模结果对比与分析 |
3.5 本章小结 |
4 基于方差分量估计的中国区域电离层VTEC模型的改进 |
4.1 引言 |
4.2 基于拟合推估的VCE估计理论与方法 |
4.3 基于VCE的 Kriging方法在电离层延迟估计中的应用 |
4.4 实验应用分析 |
4.4.1 TEC分析 |
4.4.2 局部内插分析 |
4.4.3 区域整体建模结果分析 |
4.4.4 格网点估计精度分析 |
4.5 本章小结 |
5 电离层VTEC精化模型的验证与应用分析 |
5.1 引言 |
5.2 电离层监测分析 |
5.2.1 电离层TEC对磁暴的响应分析 |
5.2.2 中国区域电离层半年度与季节性异常的监测 |
5.3 不同太阳活动水平下电离层精化模型性能分析 |
5.3.1 建模残差RMS分析 |
5.3.2 格网点估计中误差分析 |
5.3.3 外部检核站验证分析 |
5.4 电离层VTEC精化模型对SPP性能影响分析 |
5.5 电离层VTEC精化模型在IC-PPP中的应用与验证分析 |
5.5.1 IC-PPP中的电离层先验约束 |
5.5.2 电离层VTEC精化模型精度分析 |
5.5.3 电离层对IC-PPP收敛速度和初始定位精度的影响 |
5.6 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
攻博期间的科研成果 |
致谢 |
(5)COSMIC掩星电子密度廓线反演及比较验证(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 研究意义及目的 |
1.2 GNSS无线电掩星技术研究背景 |
1.3 GNSS电离层掩星技术的国内外研究现状 |
1.4 本文的主要内容 |
2 电离层相关概述 |
2.1 电离层基本理论 |
2.1.1 电离层的物理机制 |
2.1.2 电离层的分层结构 |
2.1.3 电离层的异常现象 |
2.2 太阳活动指数和地磁指数 |
2.2.1 F10.7指数 |
2.2.2 Kp(ap)指数 |
2.2.3 Dst指数 |
2.3 电离层探测技术 |
2.3.1 垂直测高仪 |
2.3.2 非相干散射雷达 |
2.3.3 地基GNSS |
2.3.4 GNSS无线电掩星技术 |
2.4 电离层经验模型 |
2.4.1 IRI模型 |
2.4.2 Klobuchar模型 |
2.4.3 NeQuick模型 |
3 GNSS无线电掩星原理与电离层掩星反演方法 |
3.1 GNSS无线电掩星基本原理 |
3.2 电离层掩星反演方法 |
3.2.1 Abel变换反演 |
3.2.2 “洋葱分层”反演算法 |
3.2.3 shell分层反演算法 |
3.3 电离层掩星数据处理的基本流程 |
3.4 电离层掩星数据产品 |
3.5 GNSS电离层掩星仿真模拟 |
3.5.1 Abel变换反演方法的验证 |
3.5.2 太阳活动强度对单个掩星事件的反演误差的影响 |
4 COSMIC电离层掩星产品比较验证 |
4.1 东南亚地区COSMIC反演电离层电子密度廓线精度评估 |
4.1.1 数据源 |
4.1.2 数据处理 |
4.1.3 结果对比分析 |
4.1.4 结论 |
4.2 与IRI-2016模型的对比 |
4.2.1 数据源 |
4.2.2 不同季节COSMIC与IRI2016模型峰值参数的全球分布 |
4.2.3 不同季节COSMIC与IRI2016模型峰值参数的昼夜变化比较 |
4.2.4 IRI-2016模型在中国区域的性能分析 |
4.2.5 结论 |
4.3 磁暴对电子密度廓线精度的影响分析 |
4.3.1 数据源与数据处理 |
4.3.2 结果分析 |
4.3.3 结论 |
5 总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 未来展望 |
参考文献 |
致谢 |
(6)基于GPS的广州地区电离层闪烁谱分析和闪烁对静止气象卫星测距异常影响的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 电离层研究简史 |
1.2.2 电离层不规则体研究现状 |
1.2.3 电离层闪烁和闪烁功率谱研究现状 |
1.2.4 电离层相关术语及定义 |
1.3 本文的研究内容 |
第二章 电离层的介绍与探测手段及数据处理方法 |
2.1 电离层简介 |
2.1.1 电离层的形成 |
2.1.2 电离层分层结构 |
2.1.3 电离层闪烁全球形态 |
2.2 电离层主要探测手段 |
2.2.1 GPS观测 |
2.2.2 测高仪观测 |
2.2.3 甚高频雷达观测 |
2.3 数据处理 |
2.3.1 S4指数计算方法 |
2.3.2 闪烁数据处理 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于GPS的广州地区电离层闪烁谱分析 |
3.1 观测结果 |
3.1.1 单幂律闪烁谱介绍 |
3.1.2 双幂律闪烁谱介绍 |
3.2 谱指数特征统计与分析 |
3.3 讨论 |
3.4 本章小结 |
第四章 电离层闪烁对静止气象卫星测距影响的研究 |
4.1 FY-2静止气象卫星测距原理简介 |
4.2 FY-2静止气象卫星测距异常事件关系 |
4.3 闪烁与卫星测距异常时空的相关性分析 |
4.4 闪烁效应与静止卫星通信质量的相关性 |
4.5 本章小结 |
总结与展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附录 |
(7)中低纬电离层不规则体及闪烁特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号对照表 |
缩略语对照表 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 电离层不规则结构统计特性研究现状 |
1.2.2 电离层波传播理论研究现状 |
1.3 论文结构与主要研究成果 |
1.3.1 论文研究内容和结构安排 |
1.3.2 主要研究成果 |
第二章 电离层简介 |
2.1 电离层结构特性 |
2.1.1 地球大气的分层结构 |
2.1.2 电离层的形成 |
2.1.3 电离层的分层结构 |
2.2 电离层形态特征 |
2.2.1 电离层电子浓度剖面 |
2.2.2 电离层总电子含量TEC |
2.2.3 电离层的规则变化 |
2.2.4 电离层的不规则变化 |
2.3 电离层介质特性 |
2.3.1 电离层的色散公式 |
2.3.2 电离层不规则体描述 |
2.4 电离层垂直探测系统 |
2.5 本章小结 |
第三章 赤道电离层等离子体不稳定性分析 |
3.1 电离层等离子体特性及其参量 |
3.1.1 等离子体密度和电中性 |
3.1.2 等离子体温度 |
3.1.3 等离子体碰撞 |
3.1.4 等离子体的运动 |
3.2 等离子体不稳定性的线性理论 |
3.2.1 等离子体动力学模型 |
3.2.2.电荷连续性方程线性化处理 |
3.2.3 线性不稳定性生长率 |
3.3 R-T线性不稳定性的数值仿真 |
3.3.1 电子密度扰动的时空演变 |
3.3.2 不稳定性生长率的时空分布 |
3.4 本章小结 |
第四章 中低纬地区电离层闪烁特性 |
4.1 电离层闪烁监测系统 |
4.2 低纬度地区电离层闪烁形态分析 |
4.2.1 闪烁数据处理 |
4.2.2 电离层闪烁随地方时变化特征 |
4.2.3 电离层闪烁的逐日变化特征 |
4.2.4 电离层闪烁的逐月变化特征 |
4.2.5 电离层闪烁的空间方位特征 |
4.2.6 电离层闪烁的逐年变化特征 |
4.3 中纬地区电离层闪烁特性分析 |
4.3.1 闪烁数据处理 |
4.3.2 地方时变化特性 |
4.3.3 逐日变化特性 |
4.3.4 逐月变化特性 |
4.3.5 逐年变化特性 |
4.4 本章小结 |
第五章 西安地区电离层扩展F统计特性 |
5.1 电离层扩展F层简介 |
5.2 数据来源与选取 |
5.3 西安地区扩展F层特性分析 |
5.3.1 扩展F现象的逐日变化特征 |
5.3.2 扩展F发生率的地方时变化特性 |
5.3.3 季节变化特性 |
5.3.4 扩展F发生率的年变化特征 |
5.4 扩展F与地磁、太阳活动的关系 |
5.4.1 数据来源与选取 |
5.4.2 扩展F与太阳活动的关系 |
5.4.3 扩展F与地磁活动的关系 |
5.5 扩展F和闪烁关系 |
5.5.1 数据来源与选取 |
5.5.2 闪烁和SF事件的时间分布 |
5.5.3 闪烁和SF事件的关联性分析 |
5.5.4 闪烁和SF事件的相关系数 |
5.6 本章小结 |
第六章 西安地区电离层Es统计特性 |
6.1 电离层Es层简介 |
6.2 数据来源与选取 |
6.3 Es层统计特性分析 |
6.3.1 Es层临界频率的逐日变化特征 |
6.3.2 Es层发生率的季节变化特征 |
6.3.3 Es层发生率的地方时变化特征 |
6.3.4 Es层发生率随频率变化特征 |
6.3.5 Es层发生率的年变化特征 |
6.4 Es与地磁、太阳活动的关系 |
6.4.1 Es层发生率与太阳活动的关系 |
6.4.2 Es层发生率与地磁活动的关系 |
6.5 本章小结 |
第七章 中低纬电离层闪烁的相位屏模型研究 |
7.1 多重相位屏传输理论 |
7.2 多重相位屏收敛性数值验证 |
7.3 背景电子密度不均匀性对信号闪烁指数的影响 |
7.3.1 不同纬度背景电子密度廓线的影响 |
7.3.2 不同时刻背景电子密度廓线的影响 |
7.4 不规则结构特性对信号闪烁指数的影响 |
7.4.1 电子密度起伏方差的影响 |
7.4.2 不规则结构外尺度的影响 |
7.4.3 不规则结构谱指数的影响 |
7.5 电离层等效厚度 |
7.5.1 不同观测地点的电离层等效厚度 |
7.5.2 不同地方时的电离层等效厚度 |
7.6 本章小结 |
第八章 中低纬电离层信道特性研究 |
8.1 抛物型矩方程 |
8.2 信号相干特性的数值模拟 |
8.3 电离层不均匀性对信号互相关函数的影响 |
8.3.1 不同纬度背景电子密度廓线的影响 |
8.3.2 不同时刻背景电子密度廓线的影响 |
8.4 本章小结 |
第九章 结论与展望 |
9.1 研究结论 |
9.2 论文创新点 |
9.3 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
(8)极区电离层F2层峰值电子密度特性共轭研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号对照表 |
缩略语对照表 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 电离层基本研究 |
1.2.1 电离层物理发展简史 |
1.2.2 电离层基本特征 |
1.2.3 电离层的变化特征 |
1.3 极区电离层相关研究 |
1.3.1 等离子体对流 |
1.3.2 能量粒子沉降 |
1.4 本文工作和创新点 |
1.4.1 论文主要内容和框架 |
1.4.2 论文创新点 |
第二章 极区电离层观测和模拟简介 |
摘要 |
2.1 极区电离层观测 |
2.1.1 数字式电离层测高仪探测技术 |
2.1.2 非相干散射雷达简介 |
2.1.3 极区电离层的联合观测 |
2.2 电离层模拟 |
2.2.1 国际参考电离层模型简介 |
2.2.2 高纬电离层模型简介 |
2.3 本章小结 |
第三章 极区电离层NmF2气候学特征的共轭研究 |
摘要 |
3.1 引言 |
3.2 数据来源以及处理方法 |
3.3 NmF2变化特征的南北极对比 |
3.3.1 NmF2日变化特征 |
3.3.2 NmF2年变化特征 |
3.3.3 太阳活动低年NmF2分布特征 |
3.3.4 太阳活动高年NmF2分布特征 |
3.4 NmF2变化特征南北极差异的原因分析 |
3.4.1 水平输运过程与粒子沉降的的相对贡献 |
3.4.2 光致电离与中性大气成分的影响 |
3.5 本章小结 |
第四章 极区电离层NmF2对太阳活动依赖性的共轭研究 |
摘要 |
4.1 引言 |
4.2 数据来源与处理方法 |
4.3 结果分析 |
4.3.1 NmF2随太阳活动变化趋势分析 |
4.3.2 NmF2对太阳活动变化响应敏感度分析 |
4.3.3 NmF2与太阳活动相关性分析 |
4.4 NmF2太阳活动依赖性南北极差异的相关分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 极区电离层NmF2观测与国际参考电离层对比研究 |
摘要 |
5.1 引言 |
5.2 IRI-2012模型简介及数据处理 |
5.3 观测与模拟结果对比分析 |
5.3.1 太阳活动低年结果对比与讨论 |
5.3.2 太阳活动高年结果对比与讨论 |
5.3.3 太阳活动上升相结果对比与讨论 |
5.3.4 太阳活动下降相结果对比与讨论 |
5.3.5 平均相对误差分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 太阳活动低年极隙区纬度电离层特征的观测与模拟对比研究 |
摘要 |
6.1 引言 |
6.2 观测仪器和数据介绍 |
6.3 太阳活动低年观测结果 |
6.4 太阳活动低年模拟结果 |
6.5 极区电离层不同物理机制的相对贡献 |
6.5.1 水平输运过程的UT效应 |
6.5.2 粒子沉降与光致电离的相对贡献 |
6.6 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 研究总结 |
7.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
(9)基于COSMIC掩星数据的电离层分布特征及地震响应研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
一 绪论 |
1.1 研究意义 |
1.2 国内外研究动态 |
1.2.1 电离层变化特征研究 |
1.2.2 地震-电离层扰动研究 |
1.3 研究目标和主要内容 |
1.4 论文章节安排 |
二 电离层基本理论 |
2.1 电离层结构 |
2.2 电离层探测技术 |
2.2.1 传统电离层探测手段 |
2.2.2 地基GPS电离层探测手段 |
2.2.3 无线电掩星电离层探测手段 |
2.2.3.1 COSMIC掩星概述 |
2.2.3.2 掩星技术系统组成 |
2.3 电离层研究内容 |
2.3.1 电离层观测研究 |
2.3.2 电离层物理研究 |
三 COSMIC掩星数据分析与研究方法 |
3.1 科学数据及反演 |
3.1.1 COSMIC科学数据 |
3.1.2 数据处理系统 |
3.1.3 掩星观测数据反演技术 |
3.1.3.1 GPS信号与观测方程 |
3.1.3.2 “洋葱分层”反演方法 |
3.1.3.3 掩星反演数据处理流程 |
3.2 数据检查 |
3.3 研究方法 |
3.3.1 IRI模型简介 |
3.3.2 傅里叶逼近拟合方法 |
3.3.3 B样条函数电离层模型 |
3.3.4 低阶球谐函数电离层模型 |
3.4 数据处理与分析 |
3.5 小结 |
四 电离层变化特征分析 |
4.1 峰值密度和临界频率分布特征 |
4.1.1 峰值密度和临界频率的区域分布变化 |
4.1.2 峰值密度和临界频率随地磁季节的全球分布变化 |
4.1.3 太阳活动性变化对峰值密度和临界频率的影响 |
4.2 峰值高度分布特征 |
4.2.1 峰值高度的区域分布变化 |
4.2.2 峰值高度随地磁季节的全球分布变化 |
4.2.3 太阳活动性变化对峰值高度的影响 |
4.3 电子密度分布特征 |
4.3.1 电子密度随地磁季节的全球分布变化 |
4.3.2 太阳活动性变化对电子密度的影响 |
4.3.3 电子密度威德尔海异常变化 |
4.4 小结 |
五 典型震例分析 |
5.1 震例分析方法 |
5.1.1 COSMIC掩星峰值密度分析方法 |
5.1.2 地基GPS总电子含量分析方法 |
5.2 典型震例分析 |
5.2.1 汶川M8.0级地震 |
5.2.1.1 峰值密度分析 |
5.2.1.2 GPS TEC分析 |
5.2.1.3 总结 |
5.2.2 于田M7.3地震 |
5.2.2.1 峰值密度分析 |
5.2.2.2 地磁垂直分量分析 |
5.2.2.3 总结 |
5.2.3 玉树M7.1地震 |
5.2.3.1 峰值密度分析 |
5.2.3.2 地磁垂直分量分析 |
5.2.3.3 总结 |
5.3 小结 |
六 地震电离层耦合关系研究 |
6.1 地震-电离层耦合关系 |
6.1.1 声重力波解释 |
6.1.2 异常电场解释 |
6.2 数值模拟计算和讨论 |
6.3 小结 |
七 总结和展望 |
7.1 主要研究成果 |
7.1.1 COSMIC掩星数据分析与研究方法 |
7.1.2 电离层变化特征分析 |
7.1.3 典型震例分析 |
7.2 创新点 |
7.3 未来工作的展望 |
参考文献 |
致谢 |
承担项目和发表文章 |
个人简历 |
(10)磁扰时跨极盖电势及其时间变化率对赤道F层垂直漂移影响的统计学研究(论文提纲范文)
论文创新点 |
摘要 |
Abstract |
引言 |
第一章 磁层-电离层耦合 |
1.1 电离层概述 |
1.1.1 电离层探测的历史、方法和对象 |
1.1.2 电离层基本结构 |
1.1.3 电离层形态特点 |
1.1.3.1 光化学过程 |
1.1.3.2 输运过程 |
1.2 低纬电离层电动力学过程 |
1.2.1 电离层电导率张量 |
1.2.2 层电导率和高度积分电导率 |
1.2.3 Cowling电导率及赤道电集流 |
1.3 磁层-电离层系统概述 |
1.3.1 磁层结构与大尺度电流体系 |
1.3.1.1 场向电流 |
1.3.1.2 赤道环电流 |
1.3.1.3 楔状亚暴电流 |
1.3.2 磁层-电离层耦合 |
1.3.2.1 耦合系统 |
1.3.2.2 磁层-电离层耦合在电离层中的表现 |
1.3.3 太阳风能量输入与磁层对流 |
1.3.3.1 类黏性机制 |
1.3.3.2 磁场重联 |
1.4 小结 |
第二章 行星际电场穿透与屏蔽 |
2.1 电场穿透/屏蔽的研究历史和现状 |
2.2 电场穿透的物理特征 |
2.2.1 穿透持续时间 |
2.2.2 穿透效率 |
2.3 电场穿透对赤道电离层的影响 |
2.3.1 赤道电离层电场和离子垂直漂移 |
2.3.2 离子密度和总电子含量 |
2.3.3 F_3层的形成 |
2.4 电场穿透的理论解释 |
2.4.1 等效电路模型 |
2.4.2 磁层形变 |
2.5 小结 |
第三章 晨-昏和白天-夜晚地方时时段跨极盖电势对赤道电离层的影响 |
3.1 DMSP卫星和载荷简介 |
3.2 数据预处理 |
3.2.1 坐标变换 |
3.2.2 跨极盖电势时间变化率 |
3.3 统计结果 |
3.3.1 静日离子垂直漂移 |
3.3.2 事件分析 |
3.3.2.1 2001年9月25-26日磁暴 |
3.3.2.2 2001年3月31-4月1日磁暴 |
3.3.3 相关性 |
3.3.4 最可几时延 |
3.4 讨论 |
3.4.1 穿透产生的机制 |
3.4.2 穿透效率的估算 |
3.5 本章小结 |
第四章 所有地方时时段跨极盖电势对赤道电离层的影响 |
4.1 ROCSAT-1卫星和仪器介绍 |
4.2 统计结果 |
4.2.1 静日离子垂直漂移 |
4.2.2 事件分析 |
4.2.2.1 2001年4月18日磁暴 |
4.2.2.2 2002年5月23-24日磁暴 |
4.2.3 相关性统计 |
4.3 讨论 |
4.4 本章小结 |
第五章 跨极盖电势饱和效应 |
5.1 概述 |
5.2 事件分析 |
5.2.1 区间Ⅰ:1000 nT≤AE_(max)≤2000 nT |
5.2.1.1 2001年9月23-24日磁暴 |
5.2.1.2 2003年6月7-8日磁暴 |
5.2.2.1 2001年10月1-4日磁暴 |
5.2.2.2 2002年9月7-8日磁暴 |
3000 nT'>5.2.3 区间Ⅲ:AE_(max)>3000 nT |
5.2.3.1 2003年11月20-21日磁暴 |
5.2.3.2 2001年11月24-26日磁暴 |
5.3 统计结果 |
5.3.1 AE与CPCP_(sat)以及E_(ysat)的关系 |
5.3.2 CPCP与IEF Ey的关系 |
5.4 讨论 |
5.5 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的科研成果 |
致谢 |
四、电离层形成的热力学机制(论文参考文献)
- [1]风云三号电离层掩星产品评估及气候学特征研究[D]. 谭广远. 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心), 2021(01)
- [2]电离层化学物质释放的不稳定性研究[D]. 高敬帆. 西安电子科技大学, 2020
- [3]基于天基GNSS掩星探测技术的电离层闪烁研究[D]. 吴迪. 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心), 2019(07)
- [4]中国区域电离层VTEC模型精化研究[D]. 黄玲. 武汉大学, 2019(06)
- [5]COSMIC掩星电子密度廓线反演及比较验证[D]. 孙方方. 武汉大学, 2018(06)
- [6]基于GPS的广州地区电离层闪烁谱分析和闪烁对静止气象卫星测距异常影响的研究[D]. 范小邦. 华南理工大学, 2018(01)
- [7]中低纬电离层不规则体及闪烁特性研究[D]. 周彩霞. 西安电子科技大学, 2014(04)
- [8]极区电离层F2层峰值电子密度特性共轭研究[D]. 徐盛. 西安电子科技大学, 2014(03)
- [9]基于COSMIC掩星数据的电离层分布特征及地震响应研究[D]. 马新欣. 中国地震局地球物理研究所, 2014(03)
- [10]磁扰时跨极盖电势及其时间变化率对赤道F层垂直漂移影响的统计学研究[D]. 熊雯. 武汉大学, 2014(06)