基于北斗卫星数据的电离层监测技术研究

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随着全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的发展,电离层层析技术逐渐成为新的探测电离层手段。其中,伴随我国北斗卫星导航系统(Bei Dou Navigation Satellite System,BDS)的逐步建成,其在电离层监测上的应用也在逐步拓展。凭借卫星类型多样性的特点,北斗卫星数据在电离层监测上可能比全球定位系统(Global Positioning System,GPS)卫星带来更多的优势,但能否改进电离层层析成像结果仍值得进一步研究。首先,为避免利用卫星数据解算电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)时出现的负值问题,本文利用差分码偏差(Differential Code Bias,DCB)文件对电离层TEC进行校正。同时,利用已修正差分码偏差后的电离层穿刺点(Ionospheric Pierce Point,IPP)TEC与欧洲定轨中心(Centre for Orbit Determination In Europe,CODE)提供的TEC绘制的图像进行对比来验证该方法的适用性。为评估BDS观测数据质量,统计了观测数据的连续性,各类型卫星的覆盖面积,以及信噪比。其次,对多星座数据层析算法的精度进行验证和分析。本文借助多仪器数据分析系统(Multi Instrument Data Analysis System,MIDAS)电离层层析成像(Computerized Ionospheric Tomography,CIT)算法的同时,将中国及周边国家GNSS站的多星座观测数据作为数据源,对该地区上空的电离层进行重构,结合WU430测高仪,对层析结果进行峰值电子密度(记为Nm F2)、TEC和电子密度剖面分布的讨论与验证工作。最后,讨论BDS数据能否改进电离层层析成像结果并分析2017年9月8日中国低纬地区暴时电离层异常情况。以GPS、BDS观测数据为数据源对2017年磁暴时期中国及周边国家地区上空电离层进行重构,对Nm F2、F2层峰值高度hm F2、TEC、电子密度剖面进行讨论。结果表明:BDS卫星数据不仅可以改进垂向精度,还可以提高对电离层异常结构的反演精度,且暴时Nm F2、hm F2、TEC、电子密度剖面均有显著变化。结合层析结果和BDS/GPS IPP,对赤道等离子体泡(Equatorial Plasma Bubble,EPB)现象进行讨论。结果表明:等离子体泡与闪烁的出现保持一致;西支EPB可能是当地形成或者来源于更低纬的地区;西北方向漂移速度大致在235.25-352.88m/s。
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