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广州地区电离层闪烁监测资料分析及利用多卫星信号进行闪烁监测的算法研究

王斯宇  
【摘要】: 电波穿越电离层时因受到电离层不规则结构的影响,其幅度、相位、时延等会发生快速起伏,这就是电离层闪烁现象。电离层闪烁随经纬度、季节和地方时变化。本论文的工作分两个部分,一部分是利用在广州站(23°8'N, 113°17'E)建立的电离层闪烁监测系统所获得的连续观测数据,研究广州地区电离层闪烁特征;另一部分是利用多卫星信号对闪烁进行监测的算法研究。 本论文首先综述了电离层和电离层闪烁的相关背景知识,并对国内外电离层闪烁的研究进展、预报现状以及目前存在的问题进行了概述。在此基础上,介绍了广州站使用的GPS电离层闪烁监测系统以及闪烁数据的获取和处理。利用这些数据对广州地区2007年3-9月,2008年1-9月电离层闪烁变化特性进行了个例分析和初步的统计研究。研究结果表明:广州地区弱以上闪烁(S40.2)在夏季有明显增强,2008年的夏季增强现象比2007年夏季提前一个月,且夏季增强的闪烁多为0.2S4≤0.4的弱闪烁;日变化特征在非夏季增强时期白天和晚上各有一个明显增强,而在夏季突然增强时,闪烁在全天发生率相差不大,无明显的地方时变化特征。中等以上闪烁(S40.4)在全年差别不大,冬夏两季有略微的减少;地方时变化特征不是特别明显,但同样有白天和晚上两个增强。广州地区闪烁主要发生在磁静日期间,且闪烁发生时太阳活动较低。 本论文还考虑不同类型卫星监测电离层闪烁的特点,分别对静止卫星、极轨卫星和GPS卫星的监测特点进行了比较分析。将这三类卫星信号源综合应用,讨论了不同卫星数据组合的情况下,可获得的不规则体相关信息,对相关参数进行了计算,并给出了判定不同卫星观测数据是否为同一不规则体的相关判据。分析可知:单个站点在已知一颗卫星的情况下,可确定不规则体的位置,极轨卫星还可确定不规则体尺度;在两颗卫星的情况下,可确定不规则体的位置、尺度和运动信息(平均角速度);三颗卫星的情况下,可进一步确定不规则体的角速度和平均角加速度;四颗卫星数据时,可从中分离出不规则体的自身变化。加入其他站点极轨卫星数据,可进一步得到不规则体的空间尺度信息。最后,总结这些计算分析,将利用多源卫星信号进行电离层闪烁监测和不规则体研究的过程总结出一张流程图,为中国气象局国家空间天气监测预警中心的相关项目提供一个算法流程的参考。


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