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利用低轨道卫星地磁观测反演电离层电流概述
1
作者 熊超 王丰珏 +6 位作者 黄宇阳 钱博浩 王思敏 让心怡 宋斯珊 周云良 尹凡 《地球与行星物理论评（中英文）》 2025年第1期45-66,共22页
随着现代卫星技术的发展,携带高精度磁力计的低轨道卫星成为地磁场观测的重要手段,可以提供全球持续的磁场观测,而不受地面和低空天气条件的影响.空间电流,特别是电离层电流,是引起地表和低轨道卫星高度处磁场扰动的主要来源.本文简要... 随着现代卫星技术的发展,携带高精度磁力计的低轨道卫星成为地磁场观测的重要手段,可以提供全球持续的磁场观测,而不受地面和低空天气条件的影响.空间电流,特别是电离层电流,是引起地表和低轨道卫星高度处磁场扰动的主要来源.本文简要介绍了低轨磁测卫星的发展历史和在轨定标流程与方法,回顾了电离层电流的起源、研究历史及产生机制,并详细介绍了利用卫星磁测数据反演电离层不同电流的方法.基于地基和卫星磁测对同一电流的分析结果并不总是一致的,有时会出现明显的差异.造成这些差异的原因可能与采用不同的数据源(比如地基与卫星、卫星与卫星之间)及反演算法中的假设有关.基于有限的观测,在反演中通常要对电流的几何形状和所在位置进行一定的假设,而这些假设可能并不完全满足实际电流的分布.因此,将地基台站和卫星磁测结合起来,通过对比和交叉验证,是检验和改进电离层电流反演算法中假设的合理性的一种有效手段.利用融合后的磁场观测数据,建立更准确的电离层电流反演算法,全面分析电流的形态学和气候学特征,建立以地球磁场信号为媒介的空间天气监测理论与方法,将有助于提升人们对电离层发电机理论、磁层状态以及电离层与磁层之间能量耦合途径等科学问题的理解. 展开更多
关键词 低轨道卫星 星载磁力计 电离层电流反演 太阳静日电流 赤道电集流 场向电流
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基于全极化SAR观测的TEC反演算法分析
2
作者 朱艺洵 熊超 王丰珏 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4015-4029,共15页
电离层的色散特性决定了无线电波信号穿越其传播时会产生法拉第旋转效应(Faraday Rotation,FR).基于全极化合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)卫星观测可实现对法拉第旋转角(Faraday Rotation Angle,FRA)的测量,并进一步实现... 电离层的色散特性决定了无线电波信号穿越其传播时会产生法拉第旋转效应(Faraday Rotation,FR).基于全极化合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)卫星观测可实现对法拉第旋转角(Faraday Rotation Angle,FRA)的测量,并进一步实现对电波传播路径上电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)的反演.为提出一种鲁棒性较强的SAR-TEC反演方法,本研究利用10组共251景PALSAR-1(Phased Array Type L-band Synthetic Aperture Radar)全极化SAR数据,对中纬度北美洲地区的FRA进行了估计,并详细对比了四种利用FRA来计算TEC的算法.为了验证计算得到的SAR-TEC的准确性,以全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)地基观测台网得到的TEC作为参考值进行对比,揭示了基于SM算法得到SAR-TEC具有最好的相关性.同时我们进一步考量了地磁场对SAR-TEC反演算法的影响,利用CHAMP(Challenging Minisatellite Payload)卫星实测的磁场数据替代由国际地磁参考场(International Geomagnetic Reference Field,IGRF)估算的磁场,进一步提升了基于SM算法得到的SAR-TEC反演精度,其与地基GNSS-TEC的相关性达到了0.97,RMSE仅为1.14 TECU. 展开更多
关键词 PALSAR FRA TEC IGRF CHAMP卫星
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Swarm卫星星载接收机GPS信号中断统计特征分析
3
作者 胡洋 熊超 +6 位作者 尹凡 万欣 郑宇豪 黄宇阳 刘裔文 朱艺洵 王丰珏 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期4464-4477,共14页
本文聚焦于欧空局Swarm卫星星载接收机在中纬地区出现的GPS信号中断事件,利用其近9年(2014年1月至2022年9月)的观测数据,详细统计了GPS信号中断事件发生的时空分布特征及与背景等离子体密度起伏的关系.研究结果表明Swarm卫星在其接收机... 本文聚焦于欧空局Swarm卫星星载接收机在中纬地区出现的GPS信号中断事件,利用其近9年(2014年1月至2022年9月)的观测数据,详细统计了GPS信号中断事件发生的时空分布特征及与背景等离子体密度起伏的关系.研究结果表明Swarm卫星在其接收机锁相环带宽从0.75 Hz调整至1.0 Hz前后,GPS信号中断事件表现出不同的时空分布特征.在前一个时期,2014年1月1日至2016年8月11日,GPS信号中断事件主要分布在低纬磁赤道附近和高纬极区附近,少量中断事件分布在中国东部地区;而在后一个时期,2016年8月12日至2022年9月30日,GPS信号中断事件则出现在了所有的纬度,同时表现出显著的经度差异.前一个时期内GPS信号中断事件表现出了明显的季节依赖,而后一个时期内出现的GPS信号中断事件则出现了无季节特性的弥散状分布.该结果表明当Swarm星载接收机锁相环带宽调整至1.0 Hz时,虽然提升了其应对电离层闪烁条件下多普勒频移的动态调整范围,但同时也增加了接收机载波相位观测的热噪声,进而导致接收机产生了一些随机的短时信号中断.除了上述不同,两个时期内的GPS信号中断事件也表现出了一些共同特征,比如信号中断事件主要均集中在GPS卫星相对于Swarm处于较低仰角(<20°)的情况下;同时这些事件主要发生在发射较早的BlockⅡR和BlockⅡA类型GPS卫星上,暗示了随着发射年限的增加与星载设备的老化,GPS卫星的稳定性会逐渐降低.通过进一步对比分析Swarm卫星出现与未出现GPS信号中断轨道对应的原位电子密度观测数据,发现GPS信号中断的轨道其对应的电子密度波动更剧烈,表明背景等离子体密度的梯度强度是引起Swarm星载接收机在中纬地区出现GPS信号中断的重要原因.本文的研究结果对于星载接收机的设计优化,特别是提升其在电离层闪烁条件下的稳定性有重要的参考意义. 展开更多
关键词 Swarm卫星 星载GPS信号中断 接收机锁相环带宽 背景电子密度起伏
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CSES卫星观测的赤道电集流特征 被引量：1
4
作者 周云良 杨艳艳 +4 位作者 朱劼 熊超 王丰珏 泽仁志玛 申旭辉 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期4141-4151,共11页
本文利用2018年8月到2019年12月期间我国张衡一号电磁监测试验卫星(CSES)所观测的地磁数据,反演了赤道电集流(EEJ)电流密度的纬度剖面;通过选取的4729个清晰的EEJ事件,分析了在地方时(LT)14∶00附近的EEJ特征.研究结果表明:在地磁平静期... 本文利用2018年8月到2019年12月期间我国张衡一号电磁监测试验卫星(CSES)所观测的地磁数据,反演了赤道电集流(EEJ)电流密度的纬度剖面;通过选取的4729个清晰的EEJ事件,分析了在地方时(LT)14∶00附近的EEJ特征.研究结果表明:在地磁平静期间,CSES卫星观测的EEJ电流密度的峰值位于磁赤道附近,其平均幅度约为27 mA·m^(-1).该幅度小于CHAMP和Swarm卫星的观测结果,这与2018—2019年期间太阳活动水平较低(平均F_(10.7)指数约为70 sfu)有关,此外也与CSES轨道所处的地方时相关.平均而言,EEJ的主瓣宽度约为4°,主瓣和旁瓣的峰值电流密度之比约为2.7;在本文所关注的事件中,东向EEJ事件约占83%,西向EEJ事件约占17%;这个比例与CHAMP卫星的观测结果稍有不同,与14∶00 LT附近西向EEJ出现的概率较低有关.东向EEJ的峰值电流密度对经度、季节和太阳辐射水平有显著的依赖性.EEJ峰值密度随经度变化呈现明显的4波结构,可归因于低层大气非迁移潮汐的作用.EEJ峰值电流密度有明显的季节依赖,其幅度在春秋分较大,冬夏季较小.在2018—2019年期间,尽管太阳活动水平较低,EEJ峰值密度随太阳辐射水平的增加而增加. 展开更多
关键词 赤道电集流 张衡一号电磁卫星 地磁观测 峰值电流密度
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