無線電掩星技術探測電離層的誤差分析研究

作者：仵夢婕,郭鵬,胡小工,馬新欣,徐賢勝

摘要：無線電掩星技術探測中性大氣和電離層已經成為探索地球空間環境、科學研究以及天氣預報的較為成熟的手段,如何更好地了解數據采集和計算處理過程中出現的誤差和它們的作用機制,是現今該領域的研究熱點。掩星探測技術的誤差主要包括平臺及星上測量誤差和地面反演算法誤差。基于EGOPS軟件和自編程序,分別采用球對稱電離層雙查普曼（double Chapman）模型和非球對稱的國際參考電離層（international reference ionosphere,IRI）模型,模擬GPS電離層掩星數據,從而分析星上的各種測量和平臺誤差源以及基于球對稱假設的算法誤差的影響,通過反演的電離層F2層電子峰值密度來進行誤差統計。結果表明:一方面,幾項主要的測量和平臺誤差對掩星反演電離層的影響均較小,其中,2mm以下的接收機噪聲誤差可以保證反演精度基本不受影響;鐘穩定度在10^-133¹0^-12量級范圍內時,接收機鐘誤差對反演的影響較小,可以滿足基本的精度需求;局部多路徑效應的模擬正弦波信號通過誤差幅度和周期共同影響反演誤差;20 cm以下的軌道誤差可以確保電離層反演的精度,電離層反演時采用定軌誤差為10 cm量級的現有軌道,則反演結果基本不受影響。另一方面,電離層的電子密度球對稱假設是反演的主要誤差源,可引起高達30%的峰值密度相對誤差,其誤差分布具有地方時、地磁緯度和季節特性:在冬季,日出（地方時4.00 h-8.00 h）和日落（16.00 h-20.00 h）時段誤差最大,冬半球誤差大于夏半球,中緯（30°-60°）地區比低緯（0°-30°）和高緯區（60°-90°）的反演結果好。在夏季,誤差的分布在地方時、緯度尺度上都與冬季情況相反。

發文機構：中國科學院上海天文臺 中國科學院大學 中國地震局地球物理研究所 浙江大學寧波理工學院

關鍵詞：無線電掩星電離層平臺和測量誤差非球對稱EGOPS

分類號： P352.7[天文地球—空間物理學][天文地球—地球物理學]