利用兩顆伴飛的Swarm A/C衛(wèi)星搭載的雙頻GPS接收機(jī)獲取的TEC數(shù)據(jù),在兩個(gè)衛(wèi)星軌道平面同時(shí)對(duì)頂部電離層電子密度進(jìn)行層析成像,實(shí)現(xiàn)對(duì)頂部電離層電子密度的三維觀測(cè).為了能夠重現(xiàn)擾動(dòng)期間電離層電子密度的空間變化特征,在正則化求解過(guò)程中,我們引入了水平矩陣H和垂直矩陣V刻畫(huà)電子密度的空間變化特征,引入整體約束矩陣C以調(diào)節(jié)不同空間對(duì)電子密度相對(duì)變化的權(quán)重.數(shù)值驗(yàn)證結(jié)果表明我們的算法對(duì)常見(jiàn)的觀測(cè)誤差具有較強(qiáng)的包容性,反演計(jì)算出的電子密度平均偏差優(yōu)于10%.在不同地磁活動(dòng)條件下,與第三方觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比,驗(yàn)證了本文反演算法的可靠性.實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反演結(jié)果表明我們的算法不僅能夠較好地重現(xiàn)頂部電離層子午向百公里級(jí)別的不規(guī)則結(jié)構(gòu),還能有效分辨緯向相隔～150 km的兩個(gè)衛(wèi)星軌道平面的電子密度差異. 

【文章來(lái)源】：地球物理學(xué)報(bào). 2020,63(09)北大核心EISCICSCD

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【部分圖文】：

(a) 2014年8月20日05∶00 UT IRI模式在10°N,40°N,60°N,142°E電子密度剖面; (b) 與之對(duì)應(yīng)的總約束系數(shù)

圖1 (a) 2014年8月20日05∶00 UT IRI模式在10°N,40°N,60°N,142°E電子密度剖面; (b) 與之對(duì)應(yīng)的總約束系數(shù)使用不含偏差的TEC(y0),可求解出電子密度x2.圖2b給出了電子密度模式值(x0)與反演結(jié)果(x2)偏差的絕對(duì)值,即|x0-x2|.可以看出兩者相當(dāng)接近,日側(cè)最大偏差約為6.8×109 el./m3,RMSE約為1.5×109 el./m3,最大相對(duì)偏差約為6.8%,平均相對(duì)偏差約為0.9%,夜側(cè)最大偏差約為1.5×109 el./m3,RMSE約為5.2×108 el./m3,最大相對(duì)偏差約為4.5%,平均相對(duì)偏差約為1.2%.由此看出,在不引入誤差的情況下,反演結(jié)果與模式值x0極為接近.

表1 不同誤差項(xiàng)下,電子密度最大偏差、RMSE、最大相對(duì)偏差和平均相對(duì)偏差Table 1 The maximum deviation, RMSE, maximum relative deviation and mean relative deviation at different error term 誤差項(xiàng)e(TECU) 最大偏差/(el./m3) RMSE/(el./m3) 最大相對(duì)偏差/% 平均相對(duì)偏差/(%) 均值 方差 日側(cè) 夜側(cè) 日側(cè) 夜側(cè) 日側(cè) 夜側(cè) 日側(cè) 夜側(cè) 0 0 6.8×109 1.5×109 1.5×109 5.2×108 6.8 4.5 0.9 1.2 2 1 1.0×1010 1.1×1010 2.0×109 2.7×109 5.8 7.5 1.2 2.8 2 2 1.4×1010 1.2×1010 3.0×109 2.9×109 7.1 7.8 1.5 3.1 2 3 3.1×1010 2.3×1010 5.9×109 5.6×109 8.8 13.4 2.8 7.5IRI模型主要描述電離層的大尺度空間結(jié)構(gòu),為了驗(yàn)證本文方法對(duì)電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)的重現(xiàn)能力,我們?cè)贗RI模式預(yù)測(cè)值的基礎(chǔ)上,在10°N處人為引入一個(gè)密度耗空.圖3b顯示了引入耗空后的模式值(x0)和CIT值(x2)電子密度分布.可以看到,我們的重建方法較好地捕捉到了百公里級(jí)的電離層場(chǎng)向不規(guī)則結(jié)構(gòu),佐證了我們引入約束的有效性.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]頂部電離層和等離子體層電子密度分布——基于GRACE星載GPS信標(biāo)測(cè)量的CT反演[J]. 劉裔文,徐繼生,徐良,尹凡,馬淑英,H.Lühr.  地球物理學(xué)報(bào). 2013(09)
[2]GPS地面臺(tái)網(wǎng)和掩星觀測(cè)結(jié)合的時(shí)變?nèi)S電離層層析[J]. 徐繼生,鄒玉華,馬淑英.  地球物理學(xué)報(bào). 2005(04)



本文編號(hào)：3561168