基于电离层扰动监测的空间目标探测方法研究

论文摘要

近年来,随着人类空间活动和卫星导航系统的增多,对电离层各种特征参数的监测需求也越来越强烈,对电离层的研究不仅可以促进人类认识近地空间系统,而且对近地空间的军事活动等具有重要的意义。国内外学者在电离层探测上已经开展了大量的研究工作,如何进一步提高电离层电子含量（Total Electron Content,TEC）的探测精度,成为电离层研究的关键问题。本文基于Kalman滤波将国际参考电离层（International Reference Ionosphere,IRI）模型中数据与GPS（Global Positioning System,GPS）地基反演得到的数据进行融合,从而提高了电离层垂直总电子含量（Vertical Total Electron Content,VTEC）的近实时反演精度。本文在空间目标活动与电离层相互作用的基础上,综合利用GPS地基反演算法和数据融合算法对电离层扰动进行分析,从而探测出空间目标的活动。本文主要从以下四个方面展开研究:1、针对太阳活动和地磁活动对电离层的影响进行了分析,阐述了空间目标活动对电离层造成的影响,并通过数值仿真分析了电磁波在等离子体中的传播特性,详细分析了电磁波的衰减常数随碰撞频率、电磁波频率以及等离子体频率的变化情况。2、详细研究了电离层观测和反演技术,主要对GPS电离层掩星观测技术、电离层层析重建技术和GPS双频地基反演技术进行了阐述,同时分析了这些观测技术的优劣,并利用GPS双频地基反演得到了高纬度区域、中纬度区域、低纬度区域的电离层VTEC。3、对现有的电离层模型进行了介绍,并对电离层格网模型中的两种插值算法进行了阐述,通过实验分析了两种插值算法的优缺点。同时,提出利用Kalman滤波将IRI-2016与GPS双频地基反演的数据进行融合,在高纬度区域、中纬度区域、低纬度区域对比该融合算法与GPS双频地基反演的优劣,结果表明数据融合能够有效提高电离层反演的精度。4、分别利用GPS地基反演算法和数据融合算法,对2012年某运载火箭发射前后时间段电离层VTEC进行观测。利用地面观测站监测到空间目标活动对电离层造成的扰动,从而验证了基于电离层扰动监测空间目标活动的可行性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 缩略词
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 国内外研究发展现状
•     1.2.1 空间目标活动与电离层相互影响的研究现状
•     1.2.2 电离层探测技术的现状
•   1.3 主要研究内容及结构安排
• 第二章 电离层的特征及与空间目标间的影响
•   2.1 电离层的基本结构及异常现象
•     2.1.1 空间大气的分层
•     2.1.2 电离层的基本结构
•     2.1.3 电离层的不规则活动及异常现象
•   2.2 影响电离层变化的因素
•     2.2.1 太阳活动
•     2.2.2 地磁活动
•   2.3 空间目标活动对电离层的影响
•     2.3.1 空间目标的分类
•     2.3.2 空间目标对电离层的影响
•   2.4 电磁波在等离子体中的传播特性
•   2.5 本章小结
• 第三章 电离层观测技术与反演方法
•   3.1 传统的电离层观测技术
•     3.1.1 电离层测高仪
•     3.1.2 大功率散射雷达
•   3.2 GPS电离层掩星观测技术
•     3.2.1 基于多普勒的Abel反演方法
•     3.2.2 基于TEC的 Abel反演方法
•     3.2.3 改正TEC反演方法
•   3.3 电离层层析重建技术
•     3.3.1 电离层层析重建原理
•     3.3.2 迭代重构算法
•   3.4 GPS双频地基反演技术
•     3.4.1 电离层双频地基反演原理及流程
•     3.4.2 电离层折射指数
•     3.4.3 电离层延迟表达式
•     3.4.4 载波相位平滑伪距观测值
•     3.4.5 周跳的探测及修复
•     3.4.6 仪器偏差估计
•     3.4.7 GPS双频地基反演结果分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 电离层模型及数据融合算法
•   4.1 常用的电离层模型介绍
•     4.1.1 电离层经验模型
•     4.1.2 电离层理论模型
•   4.2 电离层格网观测模型
•     4.2.1 电离层格网模型介绍
•     4.2.2 格网模型中的插值算法
•     4.2.3 实验与结果分析
•   4.3 基于卡尔曼滤波的电离层VTEC融合算法
•     4.3.1 卡尔曼滤波的介绍
•     4.3.2 基于卡尔曼滤波的融合算法流程
•     4.3.3 实验与结果分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 基于电离层扰动探测空间目标的验证分析
•   5.1 电离层扰动监测方法
•     5.1.1 滑动时窗法
•     5.1.2 滑动四分位距法
•   5.2 观测资料及预处理
•   5.3 GPS双频地基反演观测电离层VTEC变化
•   5.4 利用数据融合算法观测电离层VTEC变化
•   5.5 本章小结
• 第六章 全文工作总结与展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴玉飞

导师: 田忠

关键词: 空间目标,总电子含量,电离层扰动,地基,数据融合

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 电子科技大学

分类号: P352.7

总页数: 108

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