附加平滑约束条件的电离层层析反演算法及其应用研究
发布时间：2021-11-04 22:13
高精度的电离层空间三维电子密度对求取可靠的电离层延迟参数、研究电离层时空变化和扰动特征、为空间天气预报预警和灾害性地学事件提供有效数据参考都具有重要科学意义和应用价值。基于GNSS电离层层析重构技术以其探测时间长、范围广、使用费用低廉等优势,而成为电离层三维电子密度重构的重要观测手段;但是在电离层电子密度反演过程,由于基于GNSS的电离层探测观测视角有限、站点分布不均匀等局限性,会使得观测方程组法方程不适定（秩亏或病态）,造成解不唯一或不稳定;虽然通过经验模型提供先验初值能够克服秩亏问题,但无信号穿越区域过度依赖于初值,其电子密度重构精度得不到有效改善;针对上述问题,本文研究工作主要集中在如下几个方面:（1）将选权拟合法思想应用到电离层电子密度反演中,通过选择合适的约束条件构造参数权矩阵,利用选权拟合准则函数增加法方程信息,发展了一种附有平滑约束条件的电离层层析算法,结果表明,该算法使法方程系数阵条件数显著降低,有效地解决电离层电子密度反演过程中由于观测数据的不足等因素引起的不适定问题,并通过数值模拟实验和实测数据的反演结果证实了该算法有效性;（2）由于上述算法是直接算法,当提高电离层...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究发展现状
1.2.1 电离层探测历史
1.2.2 电离层层析模型的研究进展
1.2.3 电离层层析反演算法的现状
1.2.4 电离层扰动与空间天气事件研究
1.3 论文研究内容
1.4 论文章节安排
第二章 基于GNSS的电离层探测原理与建模方法
2.1 引言
2.2 电离层对GNSS信号的影响
2.2.1 Rayleigh方程
2.2.2 电离层的延迟效应
2.2.3 电离层的扰动影响
2.3 基于电离层延迟的电离层TEC测量原理
2.3.1 基本测量方程
2.3.2 周跳探测与修复
2.3.3 相位平滑伪距
2.3.4 仪器偏差处理
2.3.5 高精度电离层TEC的计算
2.4 常用电离层模型
2.4.1 全球电离层图
2.4.2 Klobuchar模型
2.4.3 NeQuick模型
2.4.4 IRI模型
2.5 主要电离层建模函数
2.5.1 电离层薄层假设与投影函数
2.5.2 局部电离层TEC建模函数
2.5.3 全球电离层TEC建模函数
2.6 电离层层析模型与电子密度反演
2.6.1 电离层层析原理
2.6.2 电子密度反演方法
2.7 小结
第三章 基于选权拟合的电离层层析算法
3.1 引言
3.2 选权拟合原理
3.3 约束条件的可靠性分析
3.3.1 IRI模型参数设置
3.3.2 电离层VTEC的模拟
3.3.3 电子密度垂直剖面的模拟
3.4 数值模拟实验
3.5 实测数据验证
3.6 小结
第四章 附高斯加权函数的自适应联合迭代算法
4.1 引言
4.2 附限制条件的自适应代数重构算法原理
4.3 算法模拟实验
4.4 算法实测数据验证
4.5 小结
第五章 磁暴条件下中国区域电离层响应过程及机制分析
5.1 引言
5.2 数据资料与预处理方法
5.3 电离层响应过程及物理机制分析
5.3.1 地磁指数Dst与区域地磁扰动的差异
5.3.2 暴时F10.7与中性物质密度比O/N2变化
5.3.3 电离层TEC的暴时响应形态
5.3.4 局部TEC扰动与地磁变化关系
5.3.5 磁暴条件下电子密度剖面变化
5.4 小结
第六章 总结与展望
6.1 研究成果总结
6.2 下一步工作设想
参考文献
致谢
攻读学位期间的科研项目、论文成果及奖励
A.已发表论文
B.主要参与的科研项目
C.已获奖励
文献综述
参考文献
详细摘要
【参考文献】：
期刊论文
[1]Sq内外源电流体系中国地区变化特征[J]. 刘晓灿,陈化然,赵旭东,于培青,杨军,王秋军,罗开奇,胡秀娟. 地球物理学报. 2014(11)
[2]附有国际参考电离层约束的全球电离层模型[J]. 王成,王解先,段兵兵. 武汉大学学报(信息科学版). 2014(11)
[3]基于选权拟合法的电离层电子密度层析重构[J]. 闻德保,张啸,张光胜,欧吉坤,袁运斌. 地球物理学报. 2014(08)
[4]一种基于截断奇异值分解正则化的电离层层析成像算法[J]. 欧明,甄卫民,於晓,徐继生,邓忠新. 电波科学学报. 2014(02)
[5]顶部电离层和等离子体层电子密度分布——基于GRACE星载GPS信标测量的CT反演[J]. 刘裔文,徐继生,徐良,尹凡,马淑英,H.Lühr. 地球物理学报. 2013(09)
[6]中国地区电离层TEC暴扰动研究[J]. 邓忠新,刘瑞源,甄卫民,刘钝,武业文. 地球物理学报. 2012(07)
[7]Klobuchar模型和NeQuick模型在中国地区的精度评估[J]. 杨哲,宋淑丽,薛军琛,朱文耀. 武汉大学学报(信息科学版). 2012(06)
[8]中国区域电离层特性对卫星导航系统的影响[J]. 刘钝,甄卫民. 电波科学学报. 2012(01)
[9]IRI、NeQuick和Klobuchar模式比较研究[J]. 方涵先,翁利斌,杨升高. 地球物理学进展. 2012(01)
[10]GNSS无线电掩星电离层反演技术现状与展望[J]. 刘经南,赵莹,张小红. 武汉大学学报(信息科学版). 2010(06)
博士论文
[1]地基GPS网对水汽三维分布的监测及其在气象学中的应用[D]. 宋淑丽.中国科学院研究生院（上海天文台） 2004
[2]大地测量中不适定问题的正则化解法研究[D]. 王振杰.中国科学院研究生院（测量与地球物理研究所） 2003
[3]基于GPS的电离层监测及延迟改正理论与方法的研究[D]. 袁运斌.中国科学院研究生院（测量与地球物理研究所） 2002
本文编号：3476500
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究发展现状
1.2.1 电离层探测历史
1.2.2 电离层层析模型的研究进展
1.2.3 电离层层析反演算法的现状
1.2.4 电离层扰动与空间天气事件研究
1.3 论文研究内容
1.4 论文章节安排
第二章 基于GNSS的电离层探测原理与建模方法
2.1 引言
2.2 电离层对GNSS信号的影响
2.2.1 Rayleigh方程
2.2.2 电离层的延迟效应
2.2.3 电离层的扰动影响
2.3 基于电离层延迟的电离层TEC测量原理
2.3.1 基本测量方程
2.3.2 周跳探测与修复
2.3.3 相位平滑伪距
2.3.4 仪器偏差处理
2.3.5 高精度电离层TEC的计算
2.4 常用电离层模型
2.4.1 全球电离层图
2.4.2 Klobuchar模型
2.4.3 NeQuick模型
2.4.4 IRI模型
2.5 主要电离层建模函数
2.5.1 电离层薄层假设与投影函数
2.5.2 局部电离层TEC建模函数
2.5.3 全球电离层TEC建模函数
2.6 电离层层析模型与电子密度反演
2.6.1 电离层层析原理
2.6.2 电子密度反演方法
2.7 小结
第三章 基于选权拟合的电离层层析算法
3.1 引言
3.2 选权拟合原理
3.3 约束条件的可靠性分析
3.3.1 IRI模型参数设置
3.3.2 电离层VTEC的模拟
3.3.3 电子密度垂直剖面的模拟
3.4 数值模拟实验
3.5 实测数据验证
3.6 小结
第四章 附高斯加权函数的自适应联合迭代算法
4.1 引言
4.2 附限制条件的自适应代数重构算法原理
4.3 算法模拟实验
4.4 算法实测数据验证
4.5 小结
第五章 磁暴条件下中国区域电离层响应过程及机制分析
5.1 引言
5.2 数据资料与预处理方法
5.3 电离层响应过程及物理机制分析
5.3.1 地磁指数Dst与区域地磁扰动的差异
5.3.2 暴时F10.7与中性物质密度比O/N2变化
5.3.3 电离层TEC的暴时响应形态
5.3.4 局部TEC扰动与地磁变化关系
5.3.5 磁暴条件下电子密度剖面变化
5.4 小结
第六章 总结与展望
6.1 研究成果总结
6.2 下一步工作设想
参考文献
致谢
攻读学位期间的科研项目、论文成果及奖励
A.已发表论文
B.主要参与的科研项目
C.已获奖励
文献综述
参考文献
详细摘要
【参考文献】：
期刊论文
[1]Sq内外源电流体系中国地区变化特征[J]. 刘晓灿,陈化然,赵旭东,于培青,杨军,王秋军,罗开奇,胡秀娟. 地球物理学报. 2014(11)
[2]附有国际参考电离层约束的全球电离层模型[J]. 王成,王解先,段兵兵. 武汉大学学报(信息科学版). 2014(11)
[3]基于选权拟合法的电离层电子密度层析重构[J]. 闻德保,张啸,张光胜,欧吉坤,袁运斌. 地球物理学报. 2014(08)
[4]一种基于截断奇异值分解正则化的电离层层析成像算法[J]. 欧明,甄卫民,於晓,徐继生,邓忠新. 电波科学学报. 2014(02)
[5]顶部电离层和等离子体层电子密度分布——基于GRACE星载GPS信标测量的CT反演[J]. 刘裔文,徐继生,徐良,尹凡,马淑英,H.Lühr. 地球物理学报. 2013(09)
[6]中国地区电离层TEC暴扰动研究[J]. 邓忠新,刘瑞源,甄卫民,刘钝,武业文. 地球物理学报. 2012(07)
[7]Klobuchar模型和NeQuick模型在中国地区的精度评估[J]. 杨哲,宋淑丽,薛军琛,朱文耀. 武汉大学学报(信息科学版). 2012(06)
[8]中国区域电离层特性对卫星导航系统的影响[J]. 刘钝,甄卫民. 电波科学学报. 2012(01)
[9]IRI、NeQuick和Klobuchar模式比较研究[J]. 方涵先,翁利斌,杨升高. 地球物理学进展. 2012(01)
[10]GNSS无线电掩星电离层反演技术现状与展望[J]. 刘经南,赵莹,张小红. 武汉大学学报(信息科学版). 2010(06)
博士论文
[1]地基GPS网对水汽三维分布的监测及其在气象学中的应用[D]. 宋淑丽.中国科学院研究生院（上海天文台） 2004
[2]大地测量中不适定问题的正则化解法研究[D]. 王振杰.中国科学院研究生院（测量与地球物理研究所） 2003
[3]基于GPS的电离层监测及延迟改正理论与方法的研究[D]. 袁运斌.中国科学院研究生院（测量与地球物理研究所） 2002
本文编号：3476500
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