GNSS的大气科学和空间应用
来源: | 作者:北研院 | 发布时间 :2021-02-02 | 331 次浏览: | 分享到:

电磁波的传播受到大气分层的影响。在研究领域常利用GNSS信号对大气层中的电离层进行分析。

阿森松岛测得的PRN04 ROTI

(电离层TEC变化率指数)及S4(振幅闪烁指数)值

《利用商用GNSS接收机的总电子含量进行闪烁定量诊断》一文中,研究人员实现了利用商用产品GNSS接收机的总电子含量进行闪烁定量诊断。ROTI已广泛应用,这表明了电离层不均匀性的存在。此外,ROTI还因与S4参数的相关性而成为其指标。然而,由于衍射施加的菲涅耳滤波,相位和强度指标对湍流中不同的波动尺度大小是敏感的,直到现在ROTI和S4之间的定量关系仍然是个未知数。

研究人员于2019年在JGR(美国地球物理学会)《空间物理学杂志》中提出了一种新的理论,解释了ROTI对采样间隔、卫星运动、传播几何以及电离层不均匀性的谱形状、强度、各向异性和漂移的依赖性。作者证明了ROTI随有效扫描速度(Veff)的变化而变化至功率nu-1/2,其中2nu+1为不均匀性谱指数。 随着传播几何结构的变化,Veff也会发生变化,进而造成卫星与卫星之间ROTI/S4比率的不同。由于对不均匀性漂移的依赖性,不同地球物理位置的ROTI/S4比率也会随时间的推移而变化。当ROTI/S4比率形成时,不均匀性强度会抵消,但对菲涅耳尺度的依赖性仍然存在。因此,必须至少大概了解到不均匀性处的距离,才能通过ROTI计算S4

该文回顾了这一理论,并通过比较ROTI中S4的预测值与专业GNSS闪烁监测器提供的S4直接测量值,对其进行了验证。文章认为,任何能够以相当高的速率(1赫兹)监测总电子含量(TEC)的多频GNSS接收机,都应该能够利用该技术提供闪烁定量诊断。

 


2-11  11天内的验证结果

研究结果表明1 Hz TEC(总电子含量)可用于定量分析电离层闪烁和引发闪烁的不均匀性。在该文中,研究人员使用250 MHz对地静止卫星的链路对不均匀性纬向漂移进行了接收机间隔测量,以计算该理论所要求的有效扫描速度。结果表明,在研究人员感兴趣的COTS GNSS接收机位置附近可能无法直接测量不均匀性漂移。未来工作中计划调研使用气候模型提供不均匀性漂移,以代替直接测量时,由1 Hz ROTI样本进行S4预测的准确性。