一种新的电离层层析模型及其应用研究

The conventional 3D discrete statistical assumption ionospheric tomography model is not efficient to reflect the instantaneous variation and reconstruct the electron density distribution using high-accuracy. In order to resolve the above problems, time-dependent ionospheric tomography model and a new discrete method based on diverse data sources will be studied and developed in this research program. The mail studies include: the investigation of the quick, accurate and reliable quality controlling method of diverse data sources; the construction of a time-dependent ionospheric tomography model by collecting the relation between the variation of the ionospheric electron density and the time; a new discrete method of ionospheric region is developed to solve poor resolution of the ionospheric reconstruction due to the non-overlapping of the discrete cells. Investigation of the variation characteristics of ionosheric structure under different solar activities using the new time-dependent ionospheric tomographic model. Grasping and knowing the varied rules of ionospheric electron density distribution to settle theory foundation on the real-time release ionospheric electron density distribution information.

针对常用的像素基电离层层析模型不能有效地反映电离层变化的连续性和重构精度低的问题，深入研究和发展一种基于多源信息融合的时变电离层层析新模型和电离层空间离散新方法，以提高电离层层析重构精度和时空分辨率。主要包括：研究如何快速、准确和可靠地实现多源信息融合的数据质量控制方法；提取多源观测资料所反映的电离层电子密度分布随时间变化信息，构建一种时变电离层层析模型，提高电子密度反演精度；发展一种新的电离层空间离散新方法，解决离散像素不重叠引起的电离层层析模型无法有效地重构电离层电子密度分布的连续性和重构分辨率低的问题；利用新模型研究不同太阳活动条件下电离层结构变化特性，了解和掌握电子密度分布变化规律，为实时发布电离层电子密度分布信息奠定理论基础。

常用的像素基电离层层析模型的重构结果不能准确地反映大尺度电离层时空结构的瞬时变化特征。且在电离层空间离散化过程中，该模型所采用的像素彼此不重叠，导致离散像素基层析模型难以有效地重构电离层电子密度分布的连续性，反演精度和重构图像的分辨率相对较低，限制了像素基电离层层析模型的推广应用。针对上述问题，本项目以 GNSS观测作为主要数据源，同化多源电离层探测信息，围绕电离层层析成像技术中存在的难点和关键问题，主要开展下述研究：1）整合和综合分析多源电离层监测信息所反映的电离层电子密度随时间瞬时变化关系，构建一种时变电离层层析反演模型，以提高电子密度重构图像的分辨率和电子密度的反演精度；2）针对目前像素基电离层层析模型格网化中存在的不合理性问题，通过选择更加合理的基函数和研究电离层空间离散新方法，探求解决原有模型难以有效重构电离层电子密度分布连续性的难题和新途径；3）利用不同太阳活动条件下 GNSS 监测数据，验证新模型的可行性和适用性。围绕上述研究内容，首先对多源GNSS监测数据进行预处理，特别分析了北斗卫星钟差参数的稳定性。成功研究了一种新的电离层层析模型和离散新方法，该离散方法将电离层空间离散为一系列相互重叠的球形泡，克服了传统的离散方法不能有效地传递平滑信息的局限性，同时，改进了原有层析模型中的像素指标函数，有效地提高了电离层电子密度的反演精度。研究了一种新的多元数据融合重构算法，解决了反演中存在的不适定问题。利用新研究的电离层层析模型和方法反演了电离层暴发生期间电离层结构的时序变化规律，为电离层天气预报预警提供了理论基础。同时，将本项目的研究成果拓展应用到对流层层析领域和InSAR变形监测中进行电离层延迟改正，提高了InSAR数据的处理质量，获取了高精度的变形监测处理结果。