電離層層析輔助等離子體泡的TEC空間梯度研究

尹萍 縱瑞龍

（中國民航大學(xué)電子信息與自動化學(xué)院, 天津 300300）

0 引 言

地基增強(qiáng)系統(tǒng)(Ground-based Augmentation Systems, GBAS)是一種基于L1頻率GNSS信號的精密進(jìn)近和著陸導(dǎo)航系統(tǒng)[1]。當(dāng)電離層出現(xiàn)異常時，其產(chǎn)生的TEC空間梯度會導(dǎo)致GBAS產(chǎn)生幾米或者十幾米不同范圍的誤差。GBAS進(jìn)近服務(wù)D型(GBAS approach service type D, GAST-D)可以支持Ⅲ類飛機(jī)的精密進(jìn)近和著陸，GBAS在引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)近的過程中需要極高的穩(wěn)定性。電離層是影響GBAS安全運行的最大誤差源，因此國際標(biāo)準(zhǔn)要求地面和機(jī)載完整性監(jiān)測儀在實時操作中監(jiān)測電離層異常[2]。目前，很多國家一直在研究他們所在區(qū)域的電離層異常，并建立了自己國家的電離層威脅模型。美國局域增強(qiáng)系統(tǒng)(Local Area Augmentation System, LAAS)的電離層威脅模型是基于確定美國大陸(CONUS)觀測到的極端電離層延遲梯度建立的，其最大斜電離層延遲梯度為413 mm/km[3]。Minchan Kim等人估計了2000—2004年韓國地區(qū)的異常電離層梯度，并為該地區(qū)定義了一個電離層威脅模型，其TEC空間梯度上限為160 mm/km[4]。Emilien等人在歐洲地區(qū)進(jìn)行了類似的研究，在該地區(qū)檢測到的最大梯度為403 mm/km[5]，其梯度值要低于CONUS。上述三個地區(qū)主要位于中緯度地區(qū)。在巴西檢測到最大梯度約為850 mm/km[6]，這可能與低緯地區(qū)出現(xiàn)的等離子體泡有關(guān)。

等離子體泡是指在赤道和低緯地區(qū)夜間電離層經(jīng)常觀察到的等離子體密度耗竭現(xiàn)象[7]。由離子擾動引起的瑞利泰勒不穩(wěn)定機(jī)制，被普遍認(rèn)為是等離子體泡出現(xiàn)的機(jī)理。它是一種局部電離層耗竭，其邊緣有陡峭的梯度[8]。Satio等人利用三維等離子體泡模型研究了等離子體泡對GBAS的影響，仿真結(jié)果表明單個等離子體泡可造成垂直定位誤差超過10 m[9]。因此，研究等離子體泡產(chǎn)生的TEC空間梯度是非常重要的。

文獻(xiàn)[10]首先采用時間步長法，計算出電離層梯度參數(shù)估計值，然后基于膨脹電離層梯度的高斯分布函數(shù)獲取優(yōu)化后的電離層參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，發(fā)明出一種電離層梯度參數(shù)的確定方法、裝置及系統(tǒng)。王志鵬等人利用短基線雙站法計算出了廣東省的電離層異常產(chǎn)生的TEC空間梯度[11]。Saito等人為了估計電離層延遲梯度，使用由Fujita等人開發(fā)的單頻載波和碼輔助技術(shù)(single-frequency carrier-based and code-aided technique, SF-CBCA)，并進(jìn)一步細(xì)化梯度監(jiān)測，研究了日本石垣島觀測到的等離子體泡有關(guān)的電離層延遲的TEC空間梯度特性，并應(yīng)用在低緯地區(qū)GBAS的定位誤差修正[12]。

隨著GNSS理論的快速發(fā)展，電離層層析技術(shù)(computerized ionospheric tomography, CIT)展現(xiàn)出探測電離層電子密度三維分布和變化方面的優(yōu)勢。2004年Yin等人利用多儀器數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)(multiinstrument data analysis system, MIDAS)層析反演分析了美國地區(qū)2000-06風(fēng)暴時的電離層電子密度分布圖像，得到了較好的結(jié)果[13]；2019年尹萍等人利用多分辨率層析技術(shù)研究了電離層暴時大尺度電離層行擾(large-scale travelling ionospheric disturbance,LSTID)的特征[14]。根據(jù)文獻(xiàn)[15]記載，2017-09-08T12:45—17:00UT這個時間段內(nèi)，在中國及周邊地區(qū)有明顯的等離子體泡現(xiàn)象出現(xiàn)。

本文在英國巴斯大學(xué)MIDAS CIT算法[16]基礎(chǔ)上，利用IGS官網(wǎng)提供的GNSS數(shù)據(jù)對2017-09-08中國及周邊中低緯地區(qū)出現(xiàn)的電離層暴進(jìn)行層析成像，并對出現(xiàn)的等離子體泡利用短基線雙站法和時間步長法對其產(chǎn)生的TEC空間梯度進(jìn)行分析。結(jié)果表明，在CIT的輔助下，能夠較好地分析等離子體泡產(chǎn)生的TEC空間梯度特性。

1 基于GNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)與實驗方法

1.1 多分辨率層析成像技術(shù)

本文選用MIDAS多分辨率層析技術(shù)反演出電離層電子密度的三維分布圖像，層析輸入數(shù)據(jù)是采用雙頻載波相位進(jìn)行計算，然后經(jīng)過預(yù)處理（諸如相位平滑偽距等）和對TEC進(jìn)一步采樣（時間采樣率5 min）得到的結(jié)果。MIDAS單分辨率層析技術(shù)通常只使用一次反演來重建大分辨率電離層結(jié)構(gòu)，然而MIDAS多分辨率層析成像可以通過多次反演的方式實現(xiàn)較高精度的層析結(jié)果。

本文采用多次反演的層析算法[17]。首先設(shè)定反演級數(shù)level=[n,m]，第一次反演獲取較低分辨率的層析圖像，第二次反演是在第一次反演結(jié)果的基礎(chǔ)上將反演級數(shù)在空間上以2的n次冪倍降低、時間上以2的m次冪倍降低，這樣可以獲得較高分辨率的層析圖像。例如，反演級數(shù)在空間和時間上都選為1次，即level=[1, 1]，如果第一次空間分辨率為4°×4°、時間間隔為30 min，那么第二次反演將獲得空間分辨率為2°×2°、時間間隔為15 min的電離層層析圖像，以此類推。

本文中層析的格網(wǎng)劃分為15~35°N、100~124°E，每一格網(wǎng)區(qū)域間隔經(jīng)緯度相差4°。本文在多分辨率層析算法中，空間分辨率參數(shù)設(shè)定為8°×8°，時間間隔設(shè)置為40 min，反演級數(shù)level設(shè)置為[3,3]。即多分辨率層析反演結(jié)果的空間分辨率從8°×8°到1°×1°，時間間隔從40 min到5 min，TEC重構(gòu)所選用的數(shù)據(jù)均是層析1°×1°的結(jié)果。

1.2 TEC空間梯度計算

1.2.1 短基線雙站法計算TEC空間梯度

短基線雙站法計算TEC空間梯度模型如圖1所示，其算法原理為：將S1接收站和S2接收站觀測到同一顆衛(wèi)星K的電離層延遲值作差，然后除以兩個接收機(jī)之間的基線距離?S得到TEC空間梯度。在利用短基線雙站法計算TEC空間梯度時，衛(wèi)星和接收機(jī)會帶來一定的硬件偏差，影響計算出來的TEC空間梯度的準(zhǔn)確性，需要對接收機(jī)和衛(wèi)星的硬件偏差進(jìn)行修正。

圖1 短基線雙站法和時間步長法模型Fig.1 Short baseline station-pairs method and time-step method

首先，將電離層看成高度為350 km的薄殼模型[18]，式(1)為利用時間采樣率為30 s的GPS觀測數(shù)據(jù)計算的電波視線方向上的斜向TEC(slant TEC,STEC)[19]。

式中：f1、f2為信號頻率，GPS選用f1=1 575.42 MHz，f2=1 227.60 MHz；L1、L2為載波相位；λ1、λ2為波長。

計算出來的STEC中包含一些硬件偏差，為了使其結(jié)果更加準(zhǔn)確，參照文獻(xiàn)[20]進(jìn)行了一系列的硬件偏差修正。

為了計算電離層穿刺點(ionospheric pierce point,IPP)處的電離層延遲值，需要將STEC轉(zhuǎn)換為垂向TEC(vertical TEC, VTEC)，計算VTEC的傾斜因子表達(dá)式[21]如下：

式中：Re為地球半徑；θ為衛(wèi)星仰角；h為電離層薄殼模型高度，此處選定350 km。由此可以求出VTEC和STEC之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系：

電離層延遲值計算公式為

式中，f=1575.42MHz。本文所說的TEC均指VTEC.

利用短基線雙站法計算TEC空間梯度的公式為

式中，Iion,S1、Iion,S2分別為兩個接收機(jī)在IPP處的電離層延遲值。

1.2.2 時間步長法計算TEC空間梯度

時間步長法計算TEC空間梯度模型如圖1所示，其基本原理是利用一個IGS接收站觀測同一顆衛(wèi)星在歷元t1時刻的電離層延遲值和在歷元t2時刻的電離層延遲值進(jìn)行差值計算，然后除以兩個不同歷元時刻IPP之間的距離。時間步長法計算TEC空間梯度的表達(dá)式為

式中：Iion(t1)、Iion(t2)分別為兩個不同歷元時刻IPP處的電離層延遲值；dIPP為兩個歷元時刻IPP之間的距離。

與短基線雙站法相比，時間步長法與GBAS地面站和飛機(jī)進(jìn)近場景相似度很小，所以此方法與GBAS聯(lián)系起來并不直觀。盡管如此，因為時間步長法捕獲了與GBAS地面站接收機(jī)和飛機(jī)接收機(jī)相同的電離層效應(yīng)，所以利用時間步長法計算TEC空間梯度時，衛(wèi)星和接收機(jī)的硬件偏差可以被消除。

時間步長法還可以通過改變兩個歷元之間的時間間隔，得到所需的IPP之間的距離，時間間隔一般取100 s左右。

本文中主要是用短基線雙站法計算TEC空間梯度，而時間步長法主要用來對計算結(jié)果進(jìn)行驗證。這是由于短基線雙站法在計算TEC空間梯度時，衛(wèi)星和接收機(jī)產(chǎn)生的硬件偏差對計算TEC空間梯度存在干擾。雖然本文對衛(wèi)星和接收機(jī)產(chǎn)生的硬件偏差進(jìn)行了修正，但為了確保修正的準(zhǔn)確性，使用了兩種方法并進(jìn)行比較。

1.3 數(shù)據(jù)選取

1.3.1 多分辨率層析輸入數(shù)據(jù)

圖2給出了2017-09-08T13:30—14:30UT中國及周邊中低緯地區(qū)（15~35°N，100~124°E）在假定電離層薄殼模型高度為350 km時，沿地面站與GPS/BDS衛(wèi)星路徑上電離層IPP的軌跡，即輸入數(shù)據(jù)的覆蓋范圍?？梢钥闯觯篏PS IPP覆蓋區(qū)域較大，主要集中在19~27°N和108~120°E；BDS IPP覆蓋范圍主要集中在19~27°N和108~116°E。BDS IPP分布能夠彌補GPS IPP分布空白部分，為電離層層析反演算法提供了更多的數(shù)據(jù)源。

圖2 2017-09-08T13:30—14:30UT中國及周邊中低緯地區(qū)350 km上空處IPP分布Fig.2 IPP tracks over 350 km above middle and low latitude areas in China and its surrounding areas at 13:30—14:30UT on September 8, 2017

1.3.2 短基線雙站法/時間步長法選取的數(shù)據(jù)

為研究中國及周邊中低緯地區(qū)出現(xiàn)的等離子體泡產(chǎn)生的TEC空間梯度，從香港地區(qū)篩選11個GNSS接收站來研究等離子體泡產(chǎn)生的TEC空間梯度。

香港地區(qū)位于22.1~22.4°N、113.8~114.2°E，處于中國低緯地區(qū)，能夠用來分析中國及周邊中低緯地區(qū)等離子體泡產(chǎn)生的TEC空間梯度。

本次研究采用2017-09-08從香港連續(xù)運行參考站(Continuously Operating Reference Station, CORS)網(wǎng)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。本研究中計算TEC空間梯度所用到的TEC均由香港接收站提供時間采樣率為30 s的雙頻GPS觀測數(shù)據(jù)計算出。圖3展示了香港地區(qū)11個GNSS接收站以及香港國際機(jī)場的位置。

圖3 香港11個GNSS接收站分布和國際機(jī)場位置Fig.3 Distribution of eleven GNSS receive stations and location of the International Airport in Hong Kong

2 結(jié)果與分析

由文獻(xiàn)[15]可知，2017-09-08T12:45—17:00UT在赤道附近地區(qū)伴有明顯的等離子體泡出現(xiàn)，下面針對出現(xiàn)的等離子體泡現(xiàn)象對其所產(chǎn)生的TEC空間梯度進(jìn)行分析。

2.1 TEC層析圖像分布

利用多分辨率層析成像技術(shù)對2017-09-08T13:10UT、13:15UT、13:20UT、13:55UT、14:00UT、14:05UT六個時刻進(jìn)行層析結(jié)果分析，其結(jié)果如圖4所示。

圖4 2017-09-08六個時刻的TEC分布圖像Fig.4 TEC distribution image of six times on September 8, 2017

利用香港地區(qū)提供的GNSS接收站觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)最大梯度時刻主要出現(xiàn)在13:20UT、14:05UT左右。為了更加清晰地了解異常TEC空間梯度產(chǎn)生的原因，選取13:10—13:20UT和13:55—14:05UT兩個時段的TEC層析圖像進(jìn)行分析，這兩個時段的TEC分布圖像覆蓋了出現(xiàn)最大梯度的時刻，可以看出有明顯的等離子體泡現(xiàn)象出現(xiàn)。圖4中紅色箭頭所指為等離子體泡異常結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部TEC與背景電離層TEC相差5~15 TECU[15,22]。

2.2 等離子體泡空間結(jié)構(gòu)特征

選取14:05UT層析電子密度三維分布圖像來分析等離子體泡空間結(jié)構(gòu)特征。首先，層析算法設(shè)置的電離層格網(wǎng)在垂向上為40 km間隔，高度范圍為100~820 km，共計19層。其次，為了簡化本節(jié)只選用了其中最具代表性的三層來展現(xiàn)電子密度的分布，分別為底部電離層(140 km)、峰值電離層(380 km)、頂部高度層(780 km)，結(jié)果如圖5所示。注意：為了清晰展示等離子體泡，三幅圖上的電子密度色棒范圍做了相應(yīng)調(diào)整。

圖5 2017-09-08T14:05UT不同高度上空處的電子密度分布結(jié)果Fig.5 Electron density distribution at different altitudes at 14:05UT on September 8, 2017

從圖5(a)可以明顯地看出在140 km處電子密度出現(xiàn)耗竭，如紅色箭頭指示的區(qū)域。同理，從圖5(b)和圖5(c)也看到了同區(qū)域的電子密度耗竭，因此可以直觀地看出等離子體泡的電子密度耗竭是從電離層底部延伸到電離層頂部區(qū)域。由于等離子體泡內(nèi)部的耗竭在等離子體泡邊緣處會產(chǎn)生一定的TEC空間梯度，接下來研究等離子體泡邊緣處產(chǎn)生的TEC空間梯度大小。

2.3 TEC空間梯度結(jié)果分析

從香港地區(qū)11個GNSS接收站中任選兩個接收站組成一個站對，利用短基線雙站法解算TEC空間梯度，由于不同接收機(jī)之間觀測到的不同衛(wèi)星IPP軌跡不盡相同，其觀測到不同衛(wèi)星產(chǎn)生的TEC空間梯度值也不一樣。從中篩選出較大的TEC空間梯度值，緊接著進(jìn)行分析是否由于接收機(jī)產(chǎn)生的故障導(dǎo)致大的TEC空間梯度值，然后剔除接收信號質(zhì)量不好的接收機(jī)。在表1中統(tǒng)計了所有GNSS接收站與所有可見衛(wèi)星之間產(chǎn)生的最大TEC空間梯度值及其出現(xiàn)時刻。

表1 2017-09-08香港地區(qū)11個站對的最大TEC空間梯度值及其出現(xiàn)時刻Tab.1 The maximum TEC spatial gradient value and its occurrence times of eleven stations in Hong Kong on September 8, 2017

2.3.1 HKPC和HKMW站對觀測G32號衛(wèi)星異常TEC空間梯度分析

為了分析表1中香港地區(qū)11個站對觀測到最大TEC空間梯度產(chǎn)生的原因，選取表1中最大TEC空間梯度所對應(yīng)的站對(HKPC和HKMW)進(jìn)行分析。HKPC和HKMW兩接收站之間的基線距離為4.82 km。

為了更加直觀地分析兩個接收機(jī)觀測同一顆衛(wèi)星之間產(chǎn)生的電離層延遲偏差，圖6展現(xiàn)了HKPC和HKMW接收站觀測G32號衛(wèi)星隨時間變化的雙頻電離層延遲值。

圖6 2017-09-08兩站觀測G32號衛(wèi)星的電離層延遲曲線Fig.6 The ionospheric delay curve of G32 satellite observed by the two stations on September 8, 2017

圖7中藍(lán)色曲線為HKPC和HKMW接收站觀測G32號衛(wèi)星的站間TEC空間梯度值隨時間變化曲線，黑色曲線為利用時間步長法(選擇HKMW接收站進(jìn)行觀測)接收站觀測G32號衛(wèi)星不同歷元下IPP之間的TEC空間梯度值隨時間變化曲線，為了使相鄰IPP之間的距離分布更加接近HKPC和HKMW接收站之間的基線距離，設(shè)置時間抽樣間隔為60 s，使得IPP之間的分布距離大約為4.93 km。

圖7 2017-09-08兩站觀測G32號衛(wèi)星的TEC空間梯度和仰角曲線Fig.7 The TEC spatial gradient and elevation curve of the G32 satellite observed by the two stations on September 8, 2017

圖7中用紅色圓圈表示HKPC接收站觀測到G32號衛(wèi)星隨時間變化的仰角，綠色三角表示HKMW接收站觀測到G32號衛(wèi)星隨時間變化的仰角。從圖7可以看出兩個站觀測G32號衛(wèi)星隨時間變化的仰角幾乎是重合的，其原因是由于兩個接收站的地理位置分布很近，所以當(dāng)觀測到同一顆衛(wèi)星時隨時間變化的仰角幾乎是一樣的。

由圖7還可以看出：使用短基線雙站法計算出的TEC空間梯度結(jié)果在14:06UT左右出現(xiàn)了最大峰值，其TEC空間梯度高達(dá)133.16 mm/km；利用時間步長法(HKMW)計算的結(jié)果與短基線雙站法計算的結(jié)果在趨勢上以及最大峰值上相吻合。為了更加清晰地了解異常TEC空間梯度在此時刻出現(xiàn)的原因，我們利用多分辨率層析成像進(jìn)行輔助，重構(gòu)出14:05UT時刻的TEC分布圖像，如圖8所示。

圖8 2017-09-08T14:05UT多分辨率層析法重構(gòu)的TEC分布圖像Fig.8 TEC distribution image reconstructed by multiresolution tomography at 14:05UT on September 8, 2017

圖8中紅色圓點代表HKPC站點位置，粉色圓點代表HKMW站點位置，由于HKPC和HKMW接收站之間的基線距離為4.82 km，分布相對較近，而在圖8中1°大約為108 km的距離，遠(yuǎn)大于這兩個接收站之間的基線距離，所以圖8中兩個接收站(用不同顏色圓點代表)的位置在背景圖上看起來幾乎是重疊在一起的。

圖8中紅色三角標(biāo)記為HKPC站在14:05UT觀測到G32號衛(wèi)星的IPP位置，粉色三角標(biāo)記為HKMW站在14:05UT觀測到G32號衛(wèi)星的IPP位置，可以看出在14:05UT時刻，HKPC和HKMW接收站觀測到G32號衛(wèi)星的IPP處于等離子體泡邊緣，結(jié)合圖7可以推斷14:06UT出現(xiàn)的峰值是由等離子體泡邊緣引起的。

2.3.2 HKSS和HKST站對觀測G10號衛(wèi)星異常TEC空間梯度分析

為了驗證觀測其他衛(wèi)星出現(xiàn)大的TEC空間梯度是否由等離子體泡邊緣引起的，從表1中選取TEC空間梯度最小的兩個接收站用于分析。選取了HKSS和HKST接收站去觀測G10號衛(wèi)星，HKSS和HKST兩站之間的基線距離為9.62 km。

為了更加直觀地分析兩個接收機(jī)觀測同一顆衛(wèi)星之間產(chǎn)生的電離層延遲偏差，圖9展示了HKSS和HKST接收站觀測G10號衛(wèi)星隨時間變化的雙頻電離層延遲值。

圖9 2017-09-08兩站觀測G10號衛(wèi)星的電離層延遲曲線Fig.9 The ionospheric delay curve of G10 satellite observed by the two stations on September 8, 2017

圖10中藍(lán)色曲線為HKSS和HKST接收站觀測G10號衛(wèi)星的站間TEC空間梯度值隨時間的變化，黑色曲線為利用時間步長法(選擇HKST接收站進(jìn)行觀測)接收站觀測G10號衛(wèi)星不同歷元下IPP之間TEC空間梯度值隨時間的變化，為了使IPP之間的距離分布更加接近HKSS和HKST接收站之間的基線距離，設(shè)置時間抽樣間隔為120 s，使得IPP之間的分布距離大約為9.48 km。

圖10 2017-09-08兩站觀測G10號衛(wèi)星的TEC空間梯度和仰角曲線Fig.10 The TEC spatial gradient and elevation curve of the G10 satellite observed by the two stations on September 8, 2017

圖10中用紅色圓圈表示HKSS接收站觀測到G10號衛(wèi)星隨時間變化的仰角，綠色三角表示HKST接收站觀測到G10號衛(wèi)星隨時間變化的仰角。從圖10可以看出兩個站觀測G10號衛(wèi)星隨時間變化的仰角幾乎是重合的，其原因同圖7中仰角重合所作的解釋。

由圖10還可以看出：使用短基線雙站法計算出的TEC空間梯度結(jié)果在13:20UT左右出現(xiàn)了最大峰值，其TEC空間梯度高達(dá)99.72 mm/km；利用時間步長法(HKST)計算的結(jié)果與短基線雙站法計算的結(jié)果在趨勢上以及最大峰值上相吻合。下面利用多分辨率電離層層析成像重構(gòu)13:20UT的TEC分布圖像，分析梯度產(chǎn)生原因，結(jié)果如圖11所示。

圖11 2017-09-08T13:20UT多分辨率層析法重構(gòu)的TEC分布圖像Fig.11 TEC distribution image reconstructed by multiresolution tomography at 13:20UT on September 8, 2017

圖11中紅色圓點代表HKSS站點位置，粉色圓點代表HKST站點位置，由于HKSS和HKST接收站之間的基線距離為9.62 km，分布相對較近，在圖中1°大約為108 km的距離，遠(yuǎn)大于這兩個接收站之間的基線距離，所以在圖11中兩個接收站(用不同顏色圓點表示)的位置在背景圖上看起來幾乎是重疊在一起的。

圖11中紅色三角標(biāo)記為HKSS站在13:20UT觀測到G10號衛(wèi)星的IPP位置，粉色三角標(biāo)記為HKST站在13:20UT觀測到G10號衛(wèi)星的IPP位置?？梢钥闯鲈?3:20UT時刻，HKSS和HKST接收站觀測到G10號衛(wèi)星的IPP也處于等離子體泡邊緣，由此推斷產(chǎn)生的峰值梯度是由等離子體泡邊緣造成的。

3 結(jié) 論

本文借助一種基于GPS+BDS的多分辨率層析成像技術(shù)，采用多次反演的層析算法對2017-09-08電離層暴期間15~35°N、100~124°E范圍內(nèi)的中國及周邊地區(qū)上空電離層進(jìn)行重構(gòu)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在13:10—13:20UT和13:55—14:05UT兩個時段內(nèi)伴有等離子體泡現(xiàn)象出現(xiàn)。針對中國及周邊中低緯地區(qū)出現(xiàn)的等離子體泡現(xiàn)象，本文從香港CORS網(wǎng)獲取多個GNSS接收站數(shù)據(jù)對出現(xiàn)的等離子體泡產(chǎn)生的TEC空間梯度特性分析。

首先把香港地區(qū)11個GNSS接收站兩兩進(jìn)行配置計算出觀測到不同衛(wèi)星產(chǎn)生的TEC空間梯度并進(jìn)行統(tǒng)計篩選，然后選擇比較大的TEC空間梯度值。通過統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在香港空域附近的等離子體泡產(chǎn)生的TEC空間梯度最大為133.16 mm/km，且結(jié)合短基線雙站法和時間步長法得到了很好的驗證，在CIT輔助下，更能直觀地分析出現(xiàn)較大TEC空間梯度出現(xiàn)的原因。

本文運用多分辨率層析成像技術(shù)進(jìn)行輔助，采用短基線雙站法和時間步長法能夠較為準(zhǔn)確地判定等離子體泡邊緣處的TEC空間梯度，這為GBAS引導(dǎo)的飛機(jī)著陸的安全性提供了很好的電離層威脅模型參數(shù)，同時為消除衛(wèi)星定位誤差奠定了基礎(chǔ)。此外，由于低緯地區(qū)IGS數(shù)量有限，而短基線雙站法需要分布密集的IGS站，但本文只選擇香港地區(qū)的GNSS接收站進(jìn)行分析，所以數(shù)據(jù)量仍有許多問題需要解決。下一步考慮使用BDS的中圓軌道衛(wèi)星結(jié)合GPS衛(wèi)星對等離子體泡進(jìn)行全方位研究。

致謝：本文香港地區(qū)GPS觀測數(shù)據(jù)從香港政府網(wǎng)（ftp://ftp.geodetic.gov.hk/）網(wǎng)站上獲取，精密星歷(SP3)文件從(http://ftp.aiub.unibe.ch/CODE_MGEX/CODE/)網(wǎng)站上獲取。硬件偏差DCB文件從(http://ftp.aiub.unibe.ch/CODE)網(wǎng)站上獲取。本文所使用的MIDAS層析成像軟件是由英國巴斯大學(xué)Mitchell教授提供的，作者在此深感表謝。