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文檔簡介
1、高精度的電離層空間三維電子密度對求取可靠的電離層延遲參數(shù)、研究電離層時空變化和擾動特征、為空間天氣預(yù)報預(yù)警和災(zāi)害性地學(xué)事件提供有效數(shù)據(jù)參考都具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價值。基于GNSS電離層層析重構(gòu)技術(shù)以其探測時間長、范圍廣、使用費用低廉等優(yōu)勢,而成為電離層三維電子密度重構(gòu)的重要觀測手段;但是在電離層電子密度反演過程,由于基于GNSS的電離層探測觀測視角有限、站點分布不均勻等局限性,會使得觀測方程組法方程不適定(秩虧或病態(tài)),造成解不唯一或
2、不穩(wěn)定;雖然通過經(jīng)驗?zāi)P吞峁┫闰灣踔的軌蚩朔忍潌栴},但無信號穿越區(qū)域過度依賴于初值,其電子密度重構(gòu)精度得不到有效改善;針對上述問題,本文研究工作主要集中在如下幾個方面:
(1)將選權(quán)擬合法思想應(yīng)用到電離層電子密度反演中,通過選擇合適的約束條件構(gòu)造參數(shù)權(quán)矩陣,利用選權(quán)擬合準(zhǔn)則函數(shù)增加法方程信息,發(fā)展了一種附有平滑約束條件的電離層層析算法,結(jié)果表明,該算法使法方程系數(shù)陣條件數(shù)顯著降低,有效地解決電離層電子密度反演過程中由于觀測數(shù)
3、據(jù)的不足等因素引起的不適定問題,并通過數(shù)值模擬實驗和實測數(shù)據(jù)的反演結(jié)果證實了該算法有效性;
(2)由于上述算法是直接算法,當(dāng)提高電離層反演空間分辨率時,需要進行更大規(guī)模的矩陣運算,降低了運算效率的同時增加了法方程條件數(shù);鑒于此,本文在自適應(yīng)聯(lián)合迭代重構(gòu)算法的基礎(chǔ)上,引入高斯加權(quán)函數(shù)對相鄰像素間的電離層電子密度變化施加距離相關(guān)約束,提出了附約束條件的自適應(yīng)聯(lián)合迭代算法,該算法不但改善了無GNSS射線穿過的格網(wǎng)對先驗初值精度的依賴
4、,而且有效地提高了電子密度反演效率,并通過數(shù)值模擬實驗和實測數(shù)據(jù)驗證了算法的有效性和優(yōu)越性;
(3)由于以上算法施加的均是局部平滑約束,反映的為地磁平靜條件下的電離層物理狀態(tài),為進一步發(fā)展適用于磁暴條件下的電離層層析算法,本文利用基于GNSS的電離層探測數(shù)據(jù),分析了2003年8月及10月磁暴下中國區(qū)域電離層TEC的響應(yīng)過程、響應(yīng)特征,展示了中國南部和北部地磁臺區(qū)電離層變化與局部地磁擾動的對應(yīng)關(guān)系,并根據(jù)以上結(jié)果對其物理機制作了
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