卫星信号电离层探测及应用技术

　　本书根据电离层探测的基本原理和方法，系统阐述了电离层探测的基本原理、电离层特征参量的处理方法，电离层探测数据的基本应用。全书共10章，分为4大部分，第1部分介绍电离层探测理论及应用概况；第2部分介绍电离层探测及应用的理论和方法基础；第3部分包括电离层TEC、闪烁及不均匀体反演、电离层层析成像、数据吸收、数据同化等内容；第4部分是电离层探测在磁暴、信息系统的影响效应评估等方面应用。

　　甄卫民，研究员，中国电子科技集团有限公司第二十二研究所副总工程师，集团首席工程师。卫星导航通信专业专家。

第1章 电离层概述．．． 11．1 电离层的物理化学过程．．． 11．1．1光化学过程．．． 11．1．2 输运过程．．． 21．2 电离层变化的主要影响源．．． 21．2．1 太阳活动．．． 21．2．2 地磁活动．．． 31．3 电离层的变化特性．．． 41．3．1 电离层的空间变化．．． 41．3．2 电离层的时间变化．．． 51．4 电离层特征参量．．． 71．4．1 电子密度．．． 71．4．2 总电子含量．．． 81．4．3 临界频率．．． 81．4．4 电离层闪烁指数．．． 91．5 电离层探测手段．．． 91．5．1 电离层垂测．．． 91．5．2 无线电波遥测．．． 101．5．3 散射雷达探测．．． 101．5．4卫星实地探测．．． 10第2章 基于卫星信号的电离层特征参量测量理论与方法．．． 112．1 电离层TEC测量．．． 112．1．1 法拉第旋转法．．． 112．1．2 差分多普勒法．．． 122．1．3 差分群时延法．．． 132．2 电离层闪烁指数及不均匀体参数测量．．． 152．3 电离层电子密度反演．．． 172．3．1 电离层层析成像技术．．． 172．3．2 电离层数据吸收技术．．． 202．3．3 电离层数据同化技术．．． 21第3章 导航系统电离层TEC修正精度分析与改进．．． 283．1 引言．．． 283．2 类Galileo系统电离层修正算法精度分析．．． 283．2．1 基于双频用户的电离层TEC解算．．． 283．2．2单频用户电离层TEC解算．．． 363．2．3 基于GNSS电离层闪烁探测技术．．． 393．3 类Galileo系统电离层修正算法改进分析．．． 403．3．1 NeQuick模型再现电离层板厚的能力分析．．． 403．3．2 对我国BDS系统电离层修正的初步考虑．．． 483．4本章小结．．． 51第4章 电离层闪烁特性研究．．． 534．1 引言．．． 534．2基于GNSS的电离层闪烁特性研究．．． 534．2．1振幅闪烁与TEC扰动的关联性分析．．． 534．2．2 天地基GNSS测量电离层闪烁特征对比分析．．． 654．2．3电离层不规则体参数特性分析．．． 804．3 讨论．．． 894．4 本章小结．．． 91第5章 电离层层析成像技术．．． 935．1 引言．．． 935．2基于卫星信标的电离层二维层析成像技术研究．．． 955．2．1 卫星信标电离层CT原理．．． 955．2．2 电离层CT新算法．．． 955．2．3 卫星信标数据处理．．． 975．2．4 计算结果与分析．．． 995．2．5 小结．．． 1065．3 基于GNSS和掩星数据联合的电离层三维层析成像．．． 1075．3．1 掩星辅助地基GNSS电离层三维CT成像．．． 1075．3．2 电离层三维CT成像投影矩阵的构建．．． 1115．3．3 电离层CT及精度验证数据来源．．． 1165．3．4 电离层CT成像结果与讨论．．． 1185．4 本章小结．．． 128第6章 基于数据吸收技术的电离层TEC地图重构．．． 1296．1 引言．．． 1296．2 基于数据吸收的全球TEC地图重构．．． 1306．2．1 NeQuick模型．．． 1306．2．2 NTCM-BC模型．．． 1316．2．3 数据吸收方法．．． 1326．3 模拟仿真验证．．． 1356．3．1 模拟验证流程．．． 1356．3．2 模拟验证结果．．． 1376．4 实测数据验证．．． 1406．4．1 实测数据来源．．． 1406．4．2 精度验证结果．．． 1416．5 TEC重构误差分析与讨论．．． 1446．5．1 TEC重构误差的UT时变化分析．．． 1446．5．2 TEC重构误差的季节变化分析．．． 1456．5．3 TEC重构误差的年变化分析．．． 1466．5．4 TEC重构误差的纬度变化分析．．． 1466．5．5 TEC重构误差随地磁条件的变化分析．．． 1476．6 本章小结．．． 148第7章 基于数据吸收技术的电离层电子密度重构．．． 1507．1 引言．．． 1507．2 数据吸收重构三维电子密度．．． 1517．3 数据来源．．． 1547．4 电离层三维电子密度重构结果．．． 1557．5 电子密度重构精度评估与分析．．． 1597．5．1 与地基垂测数据的比较验证．．． 1597．5．2 不同UT时季节太阳活动年份电子密度重构精度分析．．． 1647．5．3 低纬和高纬区域重构精度的区域变化．．． 1667．6 本章小结．．． 166第8章 电离层数据同化技术研究．．． 1688．1 引言．．． 1688．2 基于经验背景模型的数据同化方法．．． 1698．2．1 数据同化基本原理．．． 1698．2．2 Kalman滤波数据同化算法．．． 1698．2．3 误差协方差模型．．． 1708．3 同化数据来源．．． 1728．4 同化数据预处理．．． 1748．5 电离层TEC和电子密度重构精度评估．．． 1758．5．1 电离层TEC精度评估．．． 1758．5．2 电离层电子密度精度评估．．． 1798．6 分析与讨论．．． 1878．7 本章小结．．． 192第9章 卫星信号电离层探测技术在磁暴期间的应用．．． 1949．1 引言．．． 1949．2 数据来源与数据处理．．． 1959．3 磁暴期间电离层特征参量变化特征分析．．． 1969．3．1 磁暴期间太阳及行星际空间地磁环境．．． 1969．3．2 磁暴期间电离层变化分析．．． 1979．4 讨论．．． 2159．5 本章小结．．． 218第10章 电离层对信息系统的影响效应及应用研究．．． 21910．1 引言．．． 21910．2 电离层对卫星通信系统的影响效应．．． 22010．2．1 卫星通信基本原理．．． 22010．2．2 电离层对卫星通信系统的效应．．． 22110．3 电离层对卫星导航系统的影响．．． 22410．3．1 卫星导航系统的组成与定位原理．．． 22410．3．2 电离层对卫星导航系统的影响．．． 22610．4 电离层对雷达系统的影响．．． 23610．4．1 路径偏移．．． 23610．4．2波束展宽．．． 23710．4．3脉冲展宽．．． 23810．4．4法拉第旋转效应．．． 23810．4．5电离层闪烁效应．．． 23910．5 电离层对星载合成孔径雷达（SAR）的影响．．． 24010．5．1合成孔径雷达简介．．． 24010．5．2电离层对合成孔径雷达的影响．．． 24010．5．3电离层对合成孔径雷达干涉测量的影响．．． 243参考文献．．． 257