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赤道异常区GPS振幅闪烁与TEC起伏的特征

李莉  徐继生  朱劼  
【摘要】:全球定位系统(GPS)为监测电离层不规则结构及其对无线电波传播的影响提供了一种有效手段。为了研究赤道异常峰区GPS振幅闪烁与相位起伏的特征,武汉大学电离层实验室利用GPS电离层TEC和电波闪烁检测仪,先后在武汉(114.36 E,30.53 N,磁纬20.4 N)和桂林(110.333 E, 25.286 N,磁纬15.04 N)进行了GPS卫星信号振幅闪烁和TEC起伏的同时测量。此外,还在一个短期间内进行了天线沿磁东西向间隔约数十m的两台接收机的同时观测以估计引起闪烁的电离层不规则结构的纬圈漂移。本文利用上述期间的观测结果,分析了桂林上空GPS振幅闪烁与相位起伏特征以及引起闪烁的电离层不规则结构的纬圈漂移速度。主要结果如下: 1、振幅闪烁活动主要发生在日落后至黎明,最大振幅闪烁出现率在午夜及其前后数小时,表明对地方时的强依赖性。2月份振幅闪烁出现率最高。用振幅闪烁指数S4表征闪烁强度,大部分振幅闪烁为弱闪烁(0.1s40.2),也不时有强闪烁(s40.3)发生。大约有25%的振幅闪烁,信号功率快速涨落超过20dB,极端的情况,短时间内信号功率快速涨落超过60dB。此外,地磁扰动期间,振幅闪烁活动及其强度显著增强,S4最大达到1.6。2、对观测期间发生的数十例闪烁事件进行谱分析结果表明,在低频段闪烁功率谱基本上与频率无关,在高频段闪烁谱以幂率下降,滚降频率略高于0.1Hz。计算得到幂指数n的变化集中在-2 至-4之间。3、在测量振幅闪烁的同时,用1sec间隔的采样速率测量GPS双频相位差得到总电子含量(TEC) 起伏及其时间变化率ROT和ROT的标准差ROTI。结果表明,对于大多数事件,伴随振幅闪烁的出现及其强度的增强,都出现明显的TEC的耗空和ROT的快速起伏,ROTI指数也明显增强。在出现时间上,闪烁结构与TEC的耗空以及ROT起伏和ROTI增强有很好的对应关系,但在时间结构上存在一定的时间偏移。一般认为,引起1.5G信号振幅闪烁的电离层F层不规则结构尺度约400m, 而与ROTI相应的不规则结构尺度约10km。这表明,赤道异常峰区不规则结构中,可能同时存在两种尺度大小不同的不规则结构,ROTI指数可以作为预测引起振幅闪烁的小尺度不规则结构存在的指示器。4、对5月23日出现的一次闪烁事件,采用互相关技术定量估算了引起振幅闪烁的电离层不规则结构的视在纬圈漂移速度。该闪烁事件S4最大达0.27,闪烁出现在桂林东南方上空,接收机天线至卫星的射线仰角约36 。补偿卫星运动的影响后,计算得到引起这次闪烁的电离层不规则结构向西漂移,视在漂移速度约为65m/s。

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