研究利用多种电子密度梯度信息改进电离层掩星反演精度

Ionospheric radio occultation (IRO) technology has become one of the most important technologies for detecting ionosphere. But the inversion precision of IRO is not good enough, and this limits the application of the IRO data. The previous studies show that the three dimensional constrained method can improve the inversion of IRO with proper model which can provides accurate electron density gradient. This proposal will try to construct electron density gradient models to improve the inversion of IRO. This proposal provides three schemes to construct models with observation data, such as vertical Total Electron Density (TEC) and electron density of IRO. The three schemes are (1)Using the vertical TEC and IRI(International Reference Ionosphere) model, (2)Using the global electron density profiles of IRO, (3)Using the global electron density profiles of IRO and vertical TEC. The electron density gradient model constructed in this proposal may improve the inversion of IRO, because the observation data have been used during the model construction, and the horizontal and vertical gradients of electron density are also considered.

电离层掩星技术已经成为电离层探测的重要手段之一，但电离层掩星反演精度有限，限制了电离层掩星资料的应用。过去的研究表明，只要模型能够提供合适的电子密度梯度信息，三维模式约束的电离层掩星反演方法就能够提高电离层掩星反演精度。本项目申请以构建合适的电子密度梯度模型为研究目标，进而达到提高电离层掩星反演精度的目的。本申请提出了三种方案，利用地基垂直TEC数据和掩星数据等实测数据, 综合考虑电子密度的水平分布和垂直分布构建模型：（1）利用地基垂直TEC和IRI模型相结合构建模型；（2）利用掩星电子密度构建模型；（3）利用掩星电子密度和地基垂直TEC构建模型。利用本项目研究得到的电子密度梯度模型，来约束电离层掩星反演，将有望提高电离层掩星反演精度。

电离层掩星技术是当今电离层探测的主要手段之一，具有垂直分辨率高、全球分布、信息量大等优点，但其反演过程中的球对称近似影响了掩星电子密度廓线的精度，限制了其应用范围。研究表明合适的电离层电子密度背景场能够提供有效的电子密度分布的水平梯度信息，通过三维约束反演方法能够有效提高电子密度反演精度。本项目从三种途径来构建电离层电子密度背景场：1、利用地基垂直TEC和IRI模型构建电子密度模型（GPS-IRI模型），2、利用全球分布的掩星电子密度构建电子密度模型（EDRO模型），3、利用掩星电子密度和地基垂直TEC相结合构建电子密度模型（RO-GPSTEC模型）。本项目的研究结果表明，相对于传统的Abel方法，利用GPS-IRI模型、EDRO模型、RO-GPSTEC模型来约束掩星反演，都能有效提高各个高度的掩星反演精度。Abel方法的峰值电子密度误差的平均值为3.9%，标准偏差为10.6%，GPS-IRI约束反演的峰值电子密度误差的平均值为-1.7%，标准偏差为3.2%，EDRO约束反演的峰值电子密度误差的平均值为0.0%，标准偏差为6.3%，RO-GPSTEC约束反演的峰值电子密度误差的平均值为0.3%，标准偏差为5.2%。本项目还指出了GPS-IRI模型适合于单颗卫星探测数据的事后处理，EDRO模型适合于掩星星座探测数据的准实时处理，RO-GPSTEC模型适合于掩星星座探测数据的事后处理。