發(fā)布時間：2018-01-27 03:04

  本文關(guān)鍵詞： GNSS 多次反演 電離層層析 電子密度　出處：《中國民航大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)的電離層層析是一種全天候、大范圍的電離層探測技術(shù),具有費用低、操作簡單、探測范圍廣等諸多優(yōu)勢。尤其是現(xiàn)在GNSS的快速發(fā)展,GPS、伽利略、GLONASS、北斗等衛(wèi)星系統(tǒng)的出現(xiàn),為電離層層析帶來大量的可用數(shù)據(jù)源,同一時刻電離層中有更多衛(wèi)星信號穿過,為獲取更多精確輸入數(shù)據(jù)值提供了技術(shù)保證,從而實現(xiàn)利用層析技術(shù)獲得電離層電子密度的時空分布。目前的電離層層析技術(shù)特別適用于大尺度電離層結(jié)構(gòu)重構(gòu)及電離層擾動形態(tài)的監(jiān)測,但對中小尺度電離層結(jié)構(gòu)的重構(gòu)則受到地面數(shù)據(jù)分布不均勻、投影不完全等局限,不能進行有效的圖像反演。為了探測電離層多尺度(包括大尺度和中小尺度)結(jié)構(gòu)的電子密度時空分布,本文利用一種多次反演(multi pass inversion,multi)的層析算法,獲取美國西海岸密集的地基GPS觀測數(shù)據(jù)、歐洲地區(qū)多星座GNSS數(shù)據(jù),進行多分辨率的電離層層析成像,實現(xiàn)電離層多尺度結(jié)構(gòu)探測。首先以北美地區(qū)上空電離層為主要研究對象,分析時間窗選取和經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)對multi反演算法結(jié)果的影響,選擇最佳算法設置,進而借助和no-multi反演層析結(jié)果的對比,分析multi反演算法的特點和優(yōu)越性。其次,針對不同的地面站數(shù)據(jù)選取,借助與電離層測高儀的峰值電子密度實測值的對比,討論了地面觀測數(shù)據(jù)的分布密度對multi反演層析結(jié)果的影響;最后,用該算法分析了北美地區(qū)以及歐洲地區(qū)地磁平靜態(tài)和磁暴時期電離層多尺度結(jié)構(gòu)時空變化,同時分析基于GNSS數(shù)據(jù)的層析結(jié)果與基于GPS數(shù)據(jù)的層析結(jié)果的區(qū)別。實驗結(jié)果表明,在反演區(qū)域內(nèi),multi反演算法進行多分辨率的格網(wǎng)劃分實現(xiàn)了電離層四維多尺度層析成像,并且在層析精度上比no-multi的反演算法精度更高。在未來的電離層模型設計中可以考慮使用該算法,從而實現(xiàn)檢測電離層連續(xù)時空變化的目的,尤其是對電離層不同尺度擾動結(jié)構(gòu)的變化,從而為民航應用衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供所需要的性能保證。
[Abstract]:Ionospheric tomography based on Global Navigation Satellite system Navigation is an all-weather condition. The wide range of ionospheric detection technology has many advantages, such as low cost, simple operation, wide range of detection and so on. Especially, the rapid development of GNSS now, Galileo GLONASS. The emergence of satellite systems such as Beidou brings a large number of available data sources for ionospheric tomography. At the same time, more satellite signals pass through the ionosphere, which provides a technical guarantee for obtaining more accurate input data. The current ionospheric tomography technique is especially suitable for large-scale ionospheric structural reconstruction and ionospheric disturbance morphology monitoring. However, the reconstruction of the mesoscale ionospheric structure is limited by the uneven distribution of ground data and incomplete projection. In order to detect the spatial and temporal distribution of electron density in the ionospheric multiscale (including large scale and small scale) structures, it is impossible to carry out effective image inversion. In this paper, a multi pass inversion multiplex tomography algorithm is used to obtain the dense ground GPS observation data on the west coast of the United States. The multi-constellation GNSS data in Europe are used for multi-resolution ionospheric tomography to detect the multi-scale structure of the ionosphere. Firstly, the ionosphere over North America is the main research object. The influence of time window selection and empirical orthogonal function (EOF) on the multi inversion algorithm is analyzed, and the optimal algorithm setting is selected, and then compared with the no-multi inversion tomography results. The characteristics and advantages of the multi inversion algorithm are analyzed. Secondly, according to the different ground station data selection, with the help of the ionospheric altimeter peak electron density measured by comparison. The influence of the distribution density of ground observation data on the multi inversion tomography results is discussed. Finally, the temporal and spatial variations of the ionospheric multiscale structure during the geomagnetic flat static and magnetic storm periods in North America and Europe are analyzed by the proposed algorithm. At the same time, the difference between the chromatographic results based on GNSS data and that based on GPS data is analyzed. The experimental results show that it is in the inversion region. The multi-resolution grid partition of multi inversion algorithm is used to realize the four-dimensional multi-scale tomography of the ionosphere. And the accuracy of tomography is higher than that of no-multi 's inversion algorithm, which can be used in the future ionospheric model design, so as to achieve the purpose of detecting continuous ionospheric temporal and spatial changes. In particular, the variation of the ionospheric disturbance structure at different scales provides the required performance guarantee for the civil aviation application satellite navigation system.
【學位授予單位】：中國民航大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN967.1;P352

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