基于无线电掩星观测的火星电离层观测研究进展

火星电离层早期的观测数据非常少,除了Viking登陆器对火星电离层的在位测量外,火星电离层的主要物理信息是通过掩星观测方法得到的.近年来,Mars Global Surveyor和Mars Express轨道器通过掩星观测的方法对火星的上层大气和电离层进行了长期的观测,得到了大量的火星电离层电子密度廓线资料.火星电离层受到来自太阳EUV和X射线辐射、太阳风、太阳耀斑、中性大气、表面壳磁场、宇宙射线、流星等多种因素的影响,使其结构发生瞬态或季节性的变化.本文介绍了行星无线电掩星探测的基本原理和技术特点,回顾了国内外科学家们基于已有的火星掩星观测数据（主要是Mars GlobalSurveyor和Mars Express）在火星电离层研究中的一些最新科学成果,并详细介绍了火星电离层的结构和火星夜间电离层的主要特征.     

GNSS无线电掩星数据的电离层校正和统计优化

为了消除电离层折射效应对全球卫星导航系统无线电掩星信号的影响,首先对掩星数据进行电离层订正,然后进行统计优化,最后与欧洲中期数值预报中心的数据比较,验证电离层校正和弯曲角统计优化对弯曲角廓线反演精度提高的效果。结果表明:无论是模拟仿真还是真实的掩星事件,电离层校正后,50km以上弯曲角廓线仍呈现高频振荡的形式;统计优化后,50km以上弯曲角廓线近似呈现与中性大气相同的分布规律,基本消除了电离层小扰动和接收机热噪声对高层弯曲角廓线的影响;弯曲角统计优化能有效提高弯曲角反演折射率廓线时的精度。     

地基火星反演技术中的掩星坐标系

我国开展的火星探测萤火计划(YH-1)的研究中,用地基掩星观测反演火星大气是其中一个重要的组成部分.由于各种观测资料处于日心和火星坐标系中,不易利用和处理.本文通过矩阵变换建立掩星坐标系,把原始的观测资料统一到同一个坐标系中,为掩星数据的分析处理提供了技术准备.     

面向掩星观测的软件接收机设计

目前,掩星接收机主要采用硬件构造。随着计算机与电子技术的发展,软件接收机以其可重配置、可扩展性强等优点,显现出对掩星观测数据提取,特别是闭环跟踪失锁情况下的开环跟踪算法研究方面的优势。设计了一种应用于获取载波相位观测值的软件接收机,包括软件接收机的设计及掩星观测量的提取。在高度为1.5 km的湖北省九宫山进行了现场验证实验,完成了信号的捕获、闭环跟踪、开环跟踪及载波相位观测值的提取,并与硬件接收机输出的结果进行比对,验证了本软件接收机设计的可行性。     

利用第二类正则变换方法反演COSMIC掩星探测数据

为了验证第二类正则变换(CT2)方法反演折射率的精度,选取2007-2009年1月和7月的气象、电离层和气候观测系统星座(COSMIC)附加相位和振幅数据,利用CT2方法处理得到折射率,并与利用全谱反演(FSI)方法得到的COSMIC折射率数据、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)分析资料折射率进行对比。结果表明,CT2方法反演的折射率、COSMIC折射率以及ECMWF分析资料折射率的平均偏差在1~40km均不超过1%;在1~15km,CT2方法和FSI方法反演的折射率与ECMWF分析资料折射率的平均偏差均在1%以内;CT2方法与ECMWF分析资料折射率偏差的标准差小于FSI方法的。总的来说,CT2方法和FSI方法都具有很高的反演精度,但随着水汽含量的增加,CT2方法和FSI方法的反演精度会降低,并且CT2方法反演的不确定性小于FSI方法。     

COSMIC掩星反演数据质量分析

利用2007?2010年的中国探空资料评估GPS掩星探测系统COSMIC (constellation observing system for meteorology, ionosphere, and climate)反演产品, 对比数据在空间上限定掩星事件发生地和探空站的水平距离在100 km以内, 在时间上相差不超过1小时, 对比高度范围为925~10 hPa。对比结果表明, COSMIC反演大气温度略低于探空仪测量值, 平均绝对偏差为?0.08 K, 标准差为1.67 K。两者水汽资料在200 hPa以上高度有系统性偏差; 在200 hPa以下, 比湿的平均偏差约为+0.080 g/kg, 标准差为0.692 g/kg, 水汽压平均相对误差约为+69.6%, 标准差为160.0%, 水汽压存在极端低值的异常情况。通过对全球不同区域6种探空仪的对 比, COSMIC反演产品在700 hPa以下高度显著受背景场影响, 由于背景场误差随区域改变, 因此, 只有在精度要求不高的情况下, COSMIC反演产品才适合用于评估其他资料。     

COSMIC掩星反演数据质量分析

利用2007—2010年的中国探空资料评估GPS掩星探测系统COSMIC(constellation observing system formeteorology,ionosphere,and climate)反演产品,对比数据在空间上限定掩星事件发生地和探空站的水平距离在100 km以内,在时间上相差不超过1小时,对比高度范围为925~10 hPa。对比结果表明,COSMIC反演大气温度略低于探空仪测量值,平均绝对偏差为0.08 K,标准差为1.67 K。两者水汽资料在200 hPa以上高度有系统性偏差;在200 hPa以下,比湿的平均偏差约为+0.080 g/kg,标准差为0.692 g/kg,水汽压平均相对误差约为+69.6%,标准差为160.0%,水汽压存在极端低值的异常情况。通过对全球不同区域6种探空仪的对比,COSMIC反演产品在700 hPa以下高度显著受背景场影响,由于背景场误差随区域改变,因此,只有在精度要求不高的情况下,COSMIC反演产品才适合用于评估其他资料。     

GPS掩星折射率的一维变分同化

为了探索GPS掩星观测资料在数值预报模式中的同化应用,利用GPS掩星折射率的一维变分同化技术,将MM5模式输出结果作为背景场,以GPS掩星折射率作为观测值来进行一维变分同化。将同化反演后得到的气压、温度、水汽压廓线与德国地学研究中心（GFZ）公布的气象观测资料进行了对比和分析,得到了较好的比较效果。证实了GPS掩星资料的合理同化对数值预报可进行有效的改进,并提出了下一步的同化方向。     

LEO卫星轨道参数对GPS掩星数量和分布的影响

利用低地球轨道LEO（LowEarth Orbit)卫星所载GPS接收机探测地球大气的分层结构是上世纪80年代后期才发展起来的新技术，不同的LEO卫星，将使发生的掩星事件数量和分布有所差别，在一定的大气折射指数分布模型和现有GPS星座的假设条件下，利用射线追踪法模拟了掩星事件，并讨论了LEO卫星的轨道倾角和高度对掩星事件发生的数量和分布的影响。其结论对实际发射LEO卫星时的参数选取具有参考价值。     

利用单站电离层测高仪与GPS数据的同化反演试验

利用测高仪和GPS观测数据进行了单站电离层电子密度廓线的同化反演实验,实验中设计了一套基于Kalman滤波的电离层数据同化系统,采用了水平和垂直方向可分离的高斯型误差协方差矩阵,利用IRI2000模式作为同化反演的背景场,分别使用了测高仪数据和GPS数据进行了单独同化反演和联合同化反演实验,结果显示：在各类同化参数不改变的情况下,单独利用GPS数据反演结果较好,不仅可以得到较为准确的TEC,电子密度廓线结果也有较好的提升;单独使用测高仪反演的结果较差,在峰高以下电子密度廓线和观测较一致,但峰高以上电子密度廓线和观测比较的结果较差,并且TEC结果和观测也有一定误差;而利用GPS和测高仪数据联合反演的结果最好,无论是反演的电子密度廓线还是TEC值都和观测最为接近.     

利用单站电离层测高仪与GPS数据的同化反演试验

利用测高仪和GPS观测数据进行了单站电离层电子密度廓线的同化反演实验,实验中设计了一套基于Kalman滤波的电离层数据同化系统,采用了水平和垂直方向可分离的高斯型误差协方差矩阵,利用IRI2000模式作为同化反演的背景场,分别使用了测高仪数据和GPS数据进行了单独同化反演和联合同化反演实验,结果显示:在各类同化参数不改变的情况下,单独利用GPS数据反演结果较好,不仅可以得到较为准确的TEC,电子密度廓线结果也有较好的提升;单独使用测高仪反演的结果较差,在峰高以下电子密度廓线和观测较一致,但峰高以上电子密度廓线和观测比较的结果较差,并且TEC结果和观测也有一定误差;而利用GPS和测高仪数据联合反演的结果最好,无论是反演的电子密度廓线还是TEC值都和观测最为接近.     

巨烈磁暴对全球GNSS观测信号的影响

介绍了一种GNSS L₁和L₂信号及测距码失锁率统计计算方法,并考察了不同卫星高度角对失锁率计算结果的影响.利用全球GNSS观测数据,分析了第23太阳活动周发生的两次巨烈磁暴期间GNSS观测信号的质量.结果表明:巨烈磁暴发生期间GNSS L₁和L₂信号及P₁和P₂码失锁率较平静日均显著增加,信号失锁主要发生在磁暴主相及恢复相前期.L₂失锁率明显高于L₁且失锁持续时间更长,表明L₂比L₁更易受到磁暴影响.GNSS 信号失锁率与磁暴指数SYM-H的高相关性表明信号失锁率的异常增加由巨烈磁暴所驱动.研究成果可为我国北斗卫星导航系统全球信号质量评估提供方法支持.     

基于文件系统过滤驱动的内核Rootkit隐藏技术

Rootkit是能够持久或可靠地、无法检测的存在于计算机上的一组程序和代码.研究了基于文件系统过滤驱动技术的内核Rootkit,阐述了文件系统过滤驱动的工作原理、过滤驱动的实现、基于文件系统过滤驱动的内核Rootkit对文件隐藏的实现,并讨论了针对Rootkit隐藏的检测技术.     

WASS电离层网格算法在低纬地区的误差分析

对不同纬度的8个GPS观测台站得到的数据,采用广域增强系统(WASS)电离层网格算法计算了斜向电离层时延,并将计算结果同实际观测值之间的差别进行了统计分析.结果表明:在中高纬地区,WASS电离层网格算法的精度很高,但是在纬度较低的地区存在着较大的误差,产生这种误差的原因是由于低纬电离层中的电子浓度较大并且存在较大的经向梯度变化.为了减少这种误差,可以在低纬地区增加广域基准站的数量、缩小电离层单元网格的尺度等方法.     

Ionospheric structure in the region of East-Asian equatorial anomaly reconstructed by tomography

A chain of low latitudinal ionospheric tomography along 120°E meridian has been operating since 1993. This chain is composed of six stations from Shanghai to Manila receiving signals from the transit NNSS satellites. In this paper several reconstruction examples are presented, which give the 2-D imaging of electron density distribution obtained from the observed TEC data by means of computerized tomography technique. In reconstruction process a multi-station method was used to determine the unknown phase offset. To overcome the limitation of incomplete projection data, a technique of backprojection in combination with a normalized ionospheric model was introduced to obtain the initial guess of electron density distribution. The results demonstrate that ionospheric tomographic technology is very useful and effective to investigate the equatorial and low-latitudinal ionospheric structures and dynamics. Supported by the National Natural Science Foundation, of China & the Science Fourdation of State Education Committee of China Xu Jisheng: born in Nov. 1946, Professor     

钢筋混凝土简支梁仿真实验教学系统研究

利用FlASHMX、3DSMAX、PHOTOSHOP、REALBASIC等软件和工具,采用文本、图形、图像、多媒体演示、模拟动画等媒体手段,构建了由实验设备、实验方法、实验步骤、实验仿真模拟等模块组成的钢筋混凝土受弯构件实验教学系统。实践表明,将仿真实验应用于混凝土结构教学,弥补了传统实验教学的不足,促进了实验方法的多元化发展,提高了实验教学效果。