掩星电离层资料反演以及结果验证.PDFVIP

第５９ 卷第３ 期２０１０ 年３ 月 物　 理　 学　 报 Ｖｏｌ． ５９，Ｎｏ． ３，Ｍａｒｃｈ，２０１０ １０００３２９０ ／ ２０１０ ／ ５９（０３）／２　１６３０６ ＡＣＴＡ ＰＨＹＳＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ ２０１０ Ｃｈｉｎ． Ｐｈｙｓ． Ｓｏｃ． ＣＯＳＭＩＣ 掩星电离层资料反演以及结果验证 １）２） ２） ３） ２） 徐贤胜 　 洪振杰 　 郭　 鹏　 刘荣建 １）（上海大学上海市应用数学和力学研究所，上海　 ２０００３０） ２）（温州大学数学与信息科学学院，温州　 ３２５０００） ３）（中国科学院上海天文台，上海　 ２０００３０） （２００９ 年４ 月２１ 日收到；２００９ 年６ 月３０ 日收到修改稿） 　 　 通过ＣＯＳＭＩＣ 掩星电离层观测资料Ｌ１ 和Ｌ２ 相位组合，得到相对总电子含量ＴＥＣ；利用非掩星的辅助观测数据 校正ＴＥＣ，消除ＬＥＯ 卫星高度以上的ＴＥＣ 部分；在电子密度局部球对称假设和信号直线传播的近似下，通过Ａｂｅｌ 积分变换可以得到电子密度垂直廓线． 将２００７ 年度中与电离层测高仪站点经度差小于１０°，纬度差小于２°的４９０３ 个ＣＯＳＭＩＣ 掩星电离层资料与相对应的电离层测高仪数据进行比较，Ｆ２ 层的临界频率ｆ０ Ｆ２ 的标准差约为 ０ ５９ＭＨｚ，峰值高度ｈ ｍ Ｆ２ 的标准差约为３３ ０８ ｋｍ． 关键词：ＣＯＳＭＩＣ，ＧＰＳ ／ ＬＥＯ 掩星，电离层测高仪，电离层反演 ＰＡＣＣ：９４２０Ｚ，９５１０Ｊ 到几十个，将提供一个前所未有的、连续的、全球覆 １ 引 言 盖的和近实时的电离层数据． 它们可以实时监测和 预报电离层活动，满足导航、通讯和雷达等所需的精 近３０ 年来，电子与通讯等现代科技手段的飞速 确电离层校正；监测空间天气事件；提高人们对太阳 发展，使许多卫星技术的研究和应用，与大气对无线 活动、电离层活动以及地震、海啸等自然灾害间关系 电波传播的影响???切相关． 地球电离层是空间天气 的认识，磁暴与电离层之间耦合的物理过程的认识； 的主要组成部分之一，它的活动和特性直接影响到 间接探测上层大气、地磁与太阳活动之间的关系，为 无线电通信、卫星精密导航定位，以及无线电技术的 更好研究日地关系奠定基础． 航天测控以及其他相关的领域． 全球定位系统ＧＰＳ 本文介绍了ＧＰＳ ／ ＬＥＯ 掩星电离层反演软件，处 的建成为电离层研究提供了大量电磁波观测，从地 理了ＣＯＳＭＩＣ 掩星电离层的ｌｅｖｅｌ１ 资料，验证比较 基ＧＰＳ 网的观测可反演出电离层的总电子含量 了反演结果与相应的电离层测高仪数据，对结果进 ［１］ （ｔｏｔａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ，ＴＥＣ）的时空变化，从空基 行了分析． ＧＰＳ 的掩星观测可反演出电子密度的垂直廓线分 ［２］ 布 ． 在成功进行了ＭｉｃｒｏＬａｂ１，Ｏｒｓｔｅｄ，ＳＡＣＣ 和 ２ ＧＰＳ 信号 ＣＨＡＭＰ 等卫星的掩星观测以后，美国与台湾联合 ＣＯＳＭＩＣ ６ ２００６ 研制的 计划（中华三号） 颗卫星已于 　 　 ＧＰＳ 卫星同时发送Ｌ１ 和Ｌ２ 两个载波信号（ｆ１ 年４ 月１４ 日发射成功． 目前，该系统每天能提供大 ＝ １５７５ ４２ ＭＨｚ，ｆ２ ＝ １２２７ ６０ ＭＨｚ），它们的波长分 ２０００ ［３］． 约 次全球分布的掩星电离层资料 别为１９ ０３ ｃｍ 和２４ ４２ ｃｍ． 这些信号被频率为 ＧＮＳＳ ｇｌｏｂａｌ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ 全球卫星导航系统 （ １０ ２３ ＭＨｚ的伪随机测距码（Ｐ 码）调制；Ｌ１ 信号同 ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｓｙｓｔｅｍ ）发展到今天已有相当规模，目前正 时也被１ ０２３ Ｍｈｚ 的Ｃ ／ Ａ 测距码调制． ＬＥＯ 卫星接 ＧＰＳ 迈向第二代，它包括了全球定位系统 ， 收机接收到的Ｌ１ 和Ｌ２ 信号为 ＧＬＯＮＡＳＳ 和ＧＡＬＩＬＥＯ． 在今后的１０ 年，搭载着多模 Ｓ Ｌ１ （ｔ） ＝ ２Ｃ Ｃ ／ Ａ Ｄ（ｔ）Ｘ（ｔ）ｓ