电离层预报模型研究及震前电离层异常初探

论文摘要

电离层作为空间环境影响人类生产、生活、科学研究和工程应用的重要途径之一,电离层相关方面的研究对通信、雷达、航天、卫星导航定位系统以及高压输电网等领域都有重要意义。本文对GPS数据计算TEC的方法、电离层预报模型的建立、TEC地图的重构以及震前电离层TEC异常等内容进行了分析和讨论,主要内容如下:1.介绍了利用GPS双频观测数据,采用相位平滑伪距计算电离层TEC的方法。同时对硬件延迟解算方法进行了分析。2.针对传统电离层模型精度不高的问题,利用CODE GIM数据,建立了基于时间序列的全球电离层预报模型。对建立模型过程中阶数上限的确定及定阶准则的选取等关键问题进行了分析,分别采用线性最小方差预测法和修正预测法进行了预报。结果表明,修正预测法在一天内的精度比线性最小方差预测法好。3.针对线性最小方差预测法和修正预测法在极值点处预报误差较大的问题,提出了改进的修正预测法,用上一周期的预报误差对修正预测法结果进行修正,预报结果显示,改进的修正预测法精度明显比前两种方法高且稳定。4.针对IGS各数据处理中心发布的电离层格网数据在时间分辨率和空间分辨率上都不高,且在中国范围内精度不理想的问题,利用中国地壳运动观测网络的数据,采用距离加权方法,重构了中国大陆区域的电离层TEC地图。针对距离加权方法没有考虑样本点空间分布的不足以及在边缘区域由于没有穿刺点信息无法计算的问题,引入电离层距离变量,用Kriging方法对中国大陆区域电离层TEC地图进行了重构,结果表明,30s和5min时间分辨率下Kriging方法的精度要略微优于距离加权,且Kriging方法的结果明显要比距离加权方法的平滑。5.利用CODE GIM数据,分析了汶川地震、玉树地震以及日本地震震前电离层TEC异常情况,结果表明,考虑太阳和地磁活动情况下,三次地震震前都有异常出现,汶川地震电离层正负异常都有出现,玉树和日本地震只观测到了正异常,且三次地震在南半球磁共轭区也发现了异常。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状及发展动态
• 1.2.1 经典电离层模型
• 1.2.2 现代电离层模型
• 1.2.3 震前电离层扰动
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 利用GPS观测值计算TEC
• 2.1 电离层对GPS信号的影响
• 2.2 总电子含量TEC
• 2.3 几种常用的电离层延迟改正模型
• 2.3.1 Klobuchar模型
• 2.3.2 IRI模型
• 2.3.3 双频改正法
• 2.4 GPS观测值精确计算TEC方法
• 2.4.1 双频观测值计算TEC原理
• 2.4.2 周跳探测
• 2.4.2.1 电离层残差法
• 2.4.2.2 M-W方法
• 2.4.3 穿刺点位置计算
• 2.4.4 投影函数
• 2.4.5 相位平滑伪距
• 4代替ΔP₂P₁'>2.4.5.1 L₄代替ΔP₂P₁
• 4组合观测量平滑ΔP₂P₁'>2.4.5.2 L₄组合观测量平滑ΔP₂P₁
• 2.4.6 硬件延迟
• 2.4.6.1 考虑硬件延迟的TEC计算方法
• 2.4.6.2 电离层模型法
• 2.4.6.3 自适应格网法
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于时间序列的电离层预报模型
• 3.1 引言
• 3.2 平稳时间序列
• 3.2.1 平稳时间序列定义
• 3.2.2 平稳性检验
• 3.3 平稳时间序列建模
• 3.3.1 建模步骤
• 3.3.2 ARMA模型
• 3.3.3 自相关系数和偏相关系数
• 3.3.4 模型识别
• 3.3.5 模型阶数确定
• 3.3.6 参数确定
• 3.3.7 模型预测
• 3.3.7.1 线性最小方差预测法
• 3.3.7.2 修正预测法
• 3.4 非平稳时间序列建模
• 3.5 修正预测法预报电离层VTEC
• 3.6 改进的修正预测法预报电离层VTEC
• 3.6.1 改进的修正预测法
• 3.6.2 实验分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 中国大陆区域电离层TEC地图重构
• 4.1 引言
• 4.2 距离加权法重构电离层TEC地图
• 4.2.1 格网点VTEC计算
• 4.2.2 实验分析
• 4.2.2.1 实验数据
• 4.2.2.2 VTEC计算
• 4.2.2.3 TEC地图重构
• 4.3 Kriging法重构电离层TEC地图
• 4.3.1 变异函数
• 4.3.2 普通Kriging法
• 4.3.3 电离层重构中的Kriging方法
• 4.3.4 实验分析
• 4.3.4.1 VTEC计算
• 4.3.4.2 TEC地图重构
• 4.3.4.3 重构精度评定
• 4.4 本章小结
• 第五章 震前电离层TEC异常分析
• 5.1 引言
• 5.2 汶川地震分析
• 5.3 玉树地震分析
• 5.4 日本地震分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 下一步工作
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢