地基gps电离层异常探测研究

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1、国内图书分类号：P228．4国际图书分类号：U528．3西南交通大学研究生学位论文年级2Q!!级姓名自邀申请学位级别王堂亟±专业太丝塑』量堂皇塑』量王猩指导教师黄工发塾援廛垡直王二零一四年五月密级：公开ClassifiedIndex：P228．4U．D．C：U528．3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONMETHoDSFoRDETECTIoNoFIONoSPHERICANo№～LIESBYGRoUND．BASEDGPSGrade：Candidate：AcademicDegreeAppliedfo

2、r：Specialty：Supervisor：20llBaiXuanMaster’SDegreeGeodesyandSurveyingEngineeringProf．HuangDingfaSeniorEngineer．LiaoHuaMay．2014西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保

3、密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密i使用本授权书。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：局锄欠日期：劢Ic}、r．7箩指导老师签名：荡叮刀V日期：动l呼、孓．2孓西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1．利用现有的电离层模型算法对汶川地震、芦山地震、东日本大地震地震发生前后几十天的数据进行建模分析，从孕震区上空单点TEC，二维TEC分布和三维层析的手段探讨电离层的异常，发现三次地震震前都发生异常，且异常峰值偏向赤道，出现了异常磁共轭的现象。对太阳活动高低年的TEC进行分析，探讨太阳活动对电离层TEC的影

4、响以及TEC的周日、季节以及周年变化；2．分析了滑动时窗法、滑动四分位距法、卡尔曼滤波法、AR／MA模型等算法对于电离层TEC的预测效果，以及对原始TEC数据去周期和趋势性影响后进行上述几种算法的预测分析，发现去除周期和趋势性后的滑动四分位距法和卡尔曼滤波法得到的参考背景精度略高；3．利用Visualstudio和matlab混合编程编制了一份异常探测的软件，功能包括CODE的GIM文件的自动搜索下载、精细电离层模型的建模、三维层析模型和单层模型的以及利用各种算法的异常探测出图、单点TEC各种算法的异常探测及出图等。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下

5、独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：臼放日期：砂I牛、5．艿西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要电离层是日地空间环境的一个重要组成部分，它的剧烈变动会对人类的生产生活产生巨大的影响。对电离层本身的动态变化以及灾害前后电离层的异常变动等现象的探测研究已然成为了当前研究的热点。据相关研究发现，剧烈天气(台风、寒潮等)、日食、地震、火山爆发等都会对电离层造

6、成不同程度的影响，从而引发电离层异常。利用地基GPS台网观测数据，通过计算电离层电子密度以及总电子含量(TEC)，可以发现电离层在不同时空尺度的分布与变化特性。同时，通过探测TEC以及电子密度时间序列可以发现电离层异常现象。但是，电离层自身存在动态变化。太阳活动等引起地球空间环境的扰动，使得电离层发生不同程度的变化，呈现出周日、逐日变化，季节变化等。这使得探测难度加大。如何更可靠地探测捕捉电离层异常现象，就成为亟需解决的关键性问题。针对于这些问题，本文就电离层的周期性变化规律、电离层TEC模型以及三维层析模型的构建、TEC时间序列的异常探测等方面进行了讨论。本文

7、的研究内容主要包括：1)概括了电离层异常国内外研究现状，介绍了电离层分层结构及其特性。详细讨论了多种参考框架、电离层模型具体构造和特点；2)利用CODE提供的太阳活动高峰年2013年和低峰年2006年全球电离层TEC格网模型GIM分析武汉站上空天项方向总电子含量的周日、逐日、季节变化情况；3)详细阐述了利用GPS双频观测值计算电离层TEC的算法原理，对GPS数据预处理、硬件延迟解算、建立格网模型进行详细的描述；4)介绍了滑动四分位距法、滑动时窗法、卡尔曼滤波法和ARIMA时间序列法。利用上述方法对一段正常的TEC数据直接进行预测，对比分析不同方法下的预测背景值的

8、精度：对同一段TEC数据