检索结果-内蒙古大学图书馆

计算机应用 2011年第11期31卷 3149-3151,3156页

作者：王维王解先同济大学测量与国土信息工程系上海200092

以上海地区GPS综合应用网为研究对象,研究了代数重构技术中的代数重构算法(ART)、乘法代数重构算法(MART)和联合迭代重构算法(SIRT)的理论,以及3种算法用于对流层水汽层析解算的可行性,并采用模拟仿真的方法进行实验讨论其有效性。通过... 详细信息

以上海地区GPS综合应用网为研究对象,研究了代数重构技术中的代数重构算法(ART)、乘法代数重构算法(MART)和联合迭代重构算法(SIRT)的理论,以及3种算法用于对流层水汽层析解算的可行性,并采用模拟仿真的方法进行实验讨论其有效性。通过模拟仿真实验发现,3种重构算法能够应用于对流层水汽的三维层析,收敛较快,结果比较可靠,能够给出水汽密度的空间分布以及垂直轮廓线,同时给出了松弛因子的合理取值范围,水汽密度初值的选取方法。

关键词：层析代数重构算法乘法代数重构算法联合迭代重构算法迭代

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基于GNSS的三维电离层层析反演算法研究

基于GNSS的三维电离层层析反演算法研究

引用

作者：李慧中国科学院大学

学位级别：博士

电离层电子密度及总电子含量(TotalElectronContent，TEC)是监测和掌握电离层时空变化规律的重要物理量。然而，实际研究应用中，电离层TEC模型的建立通常基于薄层假设和经验投影函数，获得的电离层TEC只能反映电离层水平结构，无法展... 详细信息

电离层电子密度及总电子含量(TotalElectronContent，TEC)是监测和掌握电离层时空变化规律的重要物理量。然而，实际研究应用中，电离层TEC模型的建立通常基于薄层假设和经验投影函数，获得的电离层TEC只能反映电离层水平结构，无法展示电离层的垂直结构，从而严重限制了电离层监测和建模精度。基于GNSS的电离层层析成像技术通过将电离层进行分层研究，能有效缓解甚至克服电离层薄层假设及经验投影函数对电离层监测的影响，在电离层形态监测方面具有重大的科学意义和应用价值。\n 近年来电离层层析研究工作取得了可喜进展。但由于电离层层析反演技术的复杂性，还有许多问题尚需进一步深入研究，如:电离层层析中不适定问题的存在引起反演结果不唯一或不稳定性问题及其相应算法的研究，电离层模型与数据的同化方法的研究，三维电离层时变模型的构建等等。本文研究工作的主要目标是:通过分析电离层电子密度层析反演过程中不适定问题产生的原因以及常用的电离层层析反演算法存在的问题，研究相应的解决办法;探讨多源数据融合的电离层层析技术;探讨基于模式参数拟合的三维层析模型的构建，实现电离层时变三维模型参数的实时估计。概括起来，具体研究工作主要集中在以下几个方面:\n 1.提出了一种附加平滑约束的电离层层析代数重构算法(CMART)\n 代数重构算法在电离层层析中应用广泛，可以克服由于数据缺失而引起的模型参数信息的缺乏带来的不适定问题。然而在实际的基于代数重构算法的电离层层析反演中，通常因观测信息的不足，致使部分像素中没有任何观测信息，从而导致这些像素内的电子密度值只能依赖于迭代之前经验模型赋予的初值。针对这一问题，本文提出了一种附加平滑约束的代数重构算法。该算法利用相邻像素间的电子密度具有连续性以及平滑性，采用近似高斯距离加权函数的平均滑动窗口对反演区域内的像素进行平滑约束，在一定程度上克服那些没有观测信息的像素对初值的依赖，并避免像素间电子密度值发生大的突跳，从而提高电离层电子密度重构精度。利用实测数据反演结果证实了该算法在提高观测信息稀少的电离层像素内电子密度反演精度的有效性。\n 2.结合选权拟合和Kalman滤波的时变三维电离层层柝反演方法研究\n 基于层析成像技术的电离层电子密度解算过程中普遍存在不适定问题，是电离层电子密度线性解算所必须解决的关键问题之一。本文借助选权拟合法思想，通过选取合理的水平方向及垂直方向上的约束方程，从物理意义上增加有效信息量，进一步缓解了电离层电子密度反演的不适定问题。然后结合选权拟合和Kalman滤波算法，利用中国陆态网络观测数据实现了区域电离层电子密度时变三维解算，并验证了其结果。\n 3.首次利用北斗导航卫星观测数据联合GPS观测的电离层层析反演\n 电离层层析成像技术中由于观测信息的不足而导致的不适定问题，通常难以完全依靠反演算法的改进和发展。很多情况下，充分有效发掘和利用多种数据源进行电离层探测是一条更为有效的途径。本文基于数量有限的区域北斗观测资料，首次探讨和研究了利用北斗导航卫星观测数据监测和反演电离层电子密度的可行性与技术特点，初步展示了北斗/GPS联合反演电离层电子密度的优势和潜力。同时，北斗卫星增加的星间链路通信从全球范围丰富了电离层观测信息，为克服我国北斗区域布站为主造成的全球电离层模拟困难提供了可用资源。基于北斗及GPS仿真数据，融合地基观测数据与星间链路观测数据，分析了电离层对星间链路通信的影响，研究了在区域布站为主的前提下提高在全球范围内确定电离层延迟精度的重建方法及应用效果。\n 4.联合地基/星载GPS观测的电离层层析反演，实现了全球电离层电子密度监测\n 由于地面监测站分布不均匀以及有限仰角的限制，使得利用地基GPS观测的电离层层析反演的垂直分辨率通常相对较低，而低轨卫星上的无线电掩星观测则具有较高的垂直分辨率。为此，本文研究了联合地基/星载GPS的电离层层析反演方法。利用COSMIC低轨卫星星座上星载GPSTEC值，联合中国陆态网络的地基GPS观测，结合代数重构的层析方法反演了电离层电子密度。研究结果表明了星载GPS观测能有效提高电子密度反演的垂直分辨率。同时，利用全球IGS跟踪站提供的地基GPS观测联合星载观测数据，结合CMART算法，反演了全球电离层电子密度大尺度的时空分布，分析和研究了全球电离层电子密度周日变化、周年变化及冬季异常等一些电离层电子密度结构特征，实现了全球电离层电子密度监测。\n 5.构建了基于模式参数拟合的电离层时变三维层析反演模型\n 电离层层析反演方法中一个重要的研究方向便是基于函数基的时变三维层析模型的构建。相比于基于三维格网的层析方法而言，基于函数基的层析方法是基于最优估计理论发展起来的，因此，该方

关键词：电离层层析成像全球卫星导航系统不适定问题乘法代数重构算法选权拟合法卡尔曼滤波

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基于GNSS的电离层层析及日变化分析

基于GNSS的电离层层析及日变化分析

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作者：徐丹丹安徽理工大学

学位级别：硕士

随着全球卫星导航定位系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的逐渐成熟,GNSS技术在各个行业的应用越来越广泛,其中,GNSS技术在电离层研究领域的应用已经成为日地空间环境研究的热点。电离层中电子含量变化情况、电子密度的分... 详细信息

随着全球卫星导航定位系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的逐渐成熟,GNSS技术在各个行业的应用越来越广泛,其中,GNSS技术在电离层研究领域的应用已经成为日地空间环境研究的热点。电离层中电子含量变化情况、电子密度的分布以及时空变化特征对于电离层探测技术的发展和应用有着至关重要的作用,因此准确获取这些参数以及参数的变化情况,对电离层的扰动或电离层异常现象的研究和监测有着非常实用的价值。电离层层析技术于1988年首次提出,近三十年得到了快速发展。虽然电离层相关研究有了一定的进展,但由于电离层中电子含量和电子密度分布的复杂性,对电离层层析技术的研究仍处于初级阶段。迄今为止,仍没有理想的层析反演模型反映电离层电子密度的真实分布状态,电离层电子密度的反演精度也有待进一步提高。因此,本文在诸多学者的研究基础上,针对电离层层析问题展开,引入CORS系统数据,采用电离层单模型(TEC/VTEC函数模型)提取穿刺点处TEC/VTEC,并利用乘法代数重构算法重构区域电子密度,进而基于层析结果对2010年11月19日江苏上空区域电离层时空变化特性进行分析。本文主要内容如下:(1)概述电离层研究的发展历史和发展现状,对电离层探测技术的主要方法进行分析。(2)针对电离层电子含量反演问题,在分析影响电子含量反演精度因素的基础上,给出了基于GNSS的TEC/VTEC模型,并在TEC提取过程中重点分析了码偏差的产生以及对电子含量估计影响。最后,依据江苏CORS观测数据,采用电离层单层模型(TEC/VTEC模型)提取穿刺点处的TEC/VTEC值,实验结果表明本文方法具有一定可靠性。(3)针对电离层层析问题,在TEC提取的基础上采用乘法代数重构算法(MART)重构区域上空电离层电子密度,并与国际电离层参考模型(IRI2012)进行对比分析,结果表明采用本文方法得到的区域重构精度较IRI2012模型提高了 73%。(4)采用2010年11月19日江苏CORS系统观测数据提取区域上空电离层电子总含量TEC,并对该区域电子密度进行重构,在此基础上,对该区域电离层的日变化情况进行分析和总结。

关键词： GNSS 电子总含量电离层层析乘法代数重构算法 IRI2012

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电离层层析技术及电离层扰动研究

电离层层析技术及电离层扰动研究

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作者：赵海山解放军信息工程大学

学位级别：硕士

电离层是构成大气层的重要成分之一,也是卫星导航领域的研究热点,研究电离层的时空变化特性以及监测其异常特征,不仅有助于掌握电离层时空演变规律,从而提高导航定位精度,还可以发现电离层扰动变化的产生机制,对极端事件(如海啸、地震等... 详细信息

电离层是构成大气层的重要成分之一,也是卫星导航领域的研究热点,研究电离层的时空变化特性以及监测其异常特征,不仅有助于掌握电离层时空演变规律,从而提高导航定位精度,还可以发现电离层扰动变化的产生机制,对极端事件(如海啸、地震等)进行解释甚至预报。随着卫星导航领域的不断发展,电离层的研究呈现跨越式发展。学者们可以利用双频观测数据求出高精度电离层TEC,再通过电离层层析技术,就可以得到高精度三维电子密度,这为研究电离层的空间构造打下坚实基础。在长期的地震监测预报研究中学者们发现,电离层会受到地震的影响而发生异常变化,且这种变化有着较为明显的时间规律。但是电离层异常受磁暴等多种因素影响,因此研究磁暴期间电离层异常有助于发现电离层异常变化规律,更好地分析异常原因。随着电离层层析技术的发展,对电离层异常的研究从时间域向空间域拓展,研究异常区域的空间分布特性具有更加实用的价值。电离层CIT技术在近二十年来快速兴起,然而因为电子密度反演问题的复杂性,目前还存在一系列的问题亟需解决。本文针对电离层层析算法展开相关研究,提出一种自适应乘法代数重构算法,有效提高电子密度迭代精度,并利用层析技术对VTEC投影函数进行改进,提出一种基于电离层层析技术的VTEC投影函数模型。最后对地震发生前以及磁暴期间电离层扰动变化情况进行相关研究,得到重要结论。本文主要从三个方面展开研究。1.针对乘法代数重构算法(MART)反演电子密度存在的部分问题,提出了一种自适应电离层层析新算法(AMART)。该算法一方面在MART算法的基础上,根据射线穿越像素点的截距和电子密度值合理的分配迭代差值;另一方面通过改进迭代过程中的松弛因子,改善其自适应性,达到提高精度的目的。实验结果表明利用新算法得到的电子密度精度明显优于MART算法,具有显著的优越性。2.电离层单层模型中使用的VTEC投影函数仅考虑卫星与测站连线的高度角因素,未考虑方位因素,导致投影结果偏离真实值,尤其是在高度角较低时,精度较差。针对这个问题,利用层析技术改进VTEC投影函数模型,提出了一种新的VTEC投影模型。新模型采取分段投影的方式,充分考虑射线方位因素,结果表明新模型的投影精度明显优于传统投影模型,随高度角降低,优势逐渐变大。3.分别对磁暴期间和震前电离层扰动情况展开研究,通过分析磁暴期间全球电离层异常平均值和地磁指数的相关性,发现异常平均值与磁暴强度呈明显的正相关,且存在一定的滞后性;通过分析震前电离层异常,发现在地震之前震区上空电离层会出现长时间异常情况,可视为地震前兆。

关键词：电离层层析 TEC 电子密度乘法代数重构算法电离层扰动磁暴地震

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