1.双因子验证测地型接收机监测北极电离层闪烁准确性方法,其特点在于,针对北半球60度及以上的高纬度区域内某个并址测地型GNSS接收机的电离层闪烁的准确性,步骤如下:S1在北半球60度及以上的高纬度区域内任选一个并址测地型GNSS接收机监测信息进行数据预处理:剔除过短弧段、控制高度角、修复周跳探测;
S2利用载波相位平滑伪距方法通过预处理后的数据估计斜路径总电子含量STEC,计算该并址测地型GNSS接收机在预设时间周期内观测到的所有卫星高度角抑制的总电子含量变化率指数ROTI和沿弧段电子含量变化率指数AATR;
S3估计总电子含量变化率指数ROTI和沿弧段电子含量变化率指数AATR因子在北半球
60度及以上的高纬度区域判断闪烁发生的经验阈值;
估计ROTI和AATR因子在北半球60度及以上高纬度区域判断闪烁发生的经验阈值的方法如下:采用互补累计分布函数法判断ROTI因子的阈值,互补累计分布函数法定义为一组数据超过某一限值α的概率之和:首先基于σφ因子的阈值为0.2rad,据此可以获取一年时间段内σφ因子超过阈值的概率为;然后利用近似百分位算法T‑Digest构建ROTI因子的互补累计分布函数;最后再次利用T‑Digest算法确定概率α在ROTI因子互补累积分布函数中所对应的ROTI因子的值,则此ROTI因子的值定义为该年度ROTI因子的阈值;
判断AATR因子的阈值:首先按照AATR因子的时间分辨率将ROTI因子划分区间;然后在每一区间中,如果存在ROTI因子大于利用互补累积分布函数法计算出的阈值,则提取出此区间对应的AATR因子;最后将一年时间内所有提取出的AATR因子幅值取均值作为该年度AATR因子的阈值;
S4利用北半球高纬度区域并址电离层闪烁监测接收机ISMR提供的相位闪烁因子σφ幅值信息,验证分析选定的该并址测地型GNSS接收机监测北半球高纬度区域电离层闪烁的准确性,验证标准包括四个方面:电离层闪烁对空间天气扰动的响应规律监测的准确性;
电离层日闪烁发生率监测的准确性;日闪烁发生率为一日内发生闪烁的观测历元数与总观测历元数的比值;
闪烁事件持续时间监测的准确性;将闪烁因子幅值超过阈值且持续时间不少于两分钟定义为一次闪烁事件;
日闪烁发生特征监测的准确性;将研究区域日落后每小时闪烁发生事件次数与全部闪烁事件次数的比值定义为日闪烁发生特征;
若该并址测地型GNSS接收机的四个方面标准均通过验证,则说明该并址测地型GNSS接收机提取的闪烁因子能准确简监测电离层闪烁;若部分标准通过验证,则说明该并址测地型GNSS接收机提取的闪烁因子在为通过验证的方面不能实现准确性监测。
2.根据权利要求1所述的双因子验证测地型接收机监测北极电离层闪烁准确性方法,其特征在于,计算顾及卫星高度角抑制的ROTI和AATR因子方法如下:对选定的某一北半球60度及以上的高纬度区域的并址测地型GNSS接收机的观测在时间段内观测到的全部卫星数据进行预处理:将小于10历元的观测视为过短弧段并予以剔除,卫星截至高度角设置为20°以避免多路径效应的干扰,采用双频非差周跳处理方法TurboEdit及改进双频伪距和载波组合方法Hatch‑Melbourne‑Wübbena分别探测并修复并址测地型GNSS接收机双频和三频观测值的周跳;
计算总电子含量变化率指数ROTI:首先通过载波相位平滑伪距方法计算监测时间段内每颗可视卫星的数据估计斜路径总电子含量STEC值,然后利用STEC值赋予该GNSS接收机能够观测到的每颗可视卫星的高度角不同权重以削弱卫星高度角干扰带来的不利影响:其中,ROT为STEC时间上的梯度变化,T代表以分钟为单位的时间;RE为地球椭球平均曲率半径;HE为电离层假定高度;E为GNSS接收机在预设时间段内可视卫星的高度角;
计算沿弧段电子含量变化率指数AATR:首先基于ROT计算顾及高度角的可视卫星沿弧段电离层总电子含量变化速率瞬时AATR参数IAATR,据此计算预设时间段内任选的一个并址测地型GNSS接收机观测到全部可视卫星的IAATR的均方根值AATR:其中,IAATR为瞬时AATR参数;n为给定时间间隔的全部可视卫星数;t为每个历元;i为GNSS接收机;j为卫星;ΔT为以分钟为单位的时间;ΔT表示计算AATR的时间间隔;nsat是每一历元全部可视卫星数。
3.根据权利要求1所述的双因子验证测地型接收机监测北极电离层闪烁准确性方法,其特征在于,从电离层闪烁对空间天气扰动的响应规律监测准确性方面,分析验证任一选定的并址测地型GNSS接收机监测北半球高纬度区域电离层闪烁的准确性:首先通过可以提供空间天气参数的机构获取磁暴环电流指数Dst、极区磁亚暴强度指数AE、三小时磁情指数Kp、太阳X射线耀斑X‑ray和日冕物质抛射CME来表征空间天气条件;
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然后选取Dst<‑30nT、AE>300nT、Kp>4、X‑ray>10 W/m 、CME>1080km/s时间区间作为发生空间天气扰动的研究区间,绘制扰动区间内的ROTI、AATR和σφ因子的时间序列图;
最后利用σφ因子的幅值信息,判别ROTI和AATR因子本身的幅值变化趋势与σφ因子是否相符;若相符,则判断选定的某一并址测地型接收机能准确监测北半球高纬度区域电离层闪烁,否则判断该测地型接收机GNSS无法准确监测北半球高纬度区域电离层闪烁。
4.根据权利要求1所述的双因子验证测地型接收机监测北极电离层闪烁准确性方法,其特征在于,从日闪烁发生率监测准确性方面,分析验证任一选定的并址测地型GNSS接收机监测北半球高纬度区域电离层闪烁的准确性:定义日闪烁发生率为一日内发生闪烁的观测历元数与总观测历元数的比值;
基于上述定义,分别计算ROTI、AATR和σφ因子的日闪烁发生率;
绘制ROTI、AATR和σφ因子的日闪烁发生率随时间的变化序列图;
利用σφ因子的日闪烁发生率变化情况,判断ROTI和AATR因子日闪烁发生率与σφ因子是否一致;若闪烁发生率一致,则判断选定的并址测地型接收机GNSS能准确监测北半球高纬度区域电离层闪烁,否则判断该测地型接收机GNSS无法准确监测北半球高纬度区域电离层闪烁。
5.根据权利要求1所述的双因子验证测地型接收机监测北极电离层闪烁准确性方法,其特征在于,从闪烁事件持续时间监测准确性方面,分析验证任一选定的并址测地型GNSS接收机监测北半球高纬度区域电离层闪烁的准确性:将一次闪烁事件定义为闪烁因子幅值超过阈值且持续时间不少于两分钟,顾及闪烁期间也会存在闪烁因子幅值短时低于阈值的情况,因此如果两个闪烁事件的时间间隔不大于
5分钟,将其视作同一闪烁事件;
基于上述定义,分别计算ROTI、AATR和σφ因子的闪烁事件持续时间;
绘制ROTI、AATR和σφ因子的闪烁持续时间概率分布统计曲线;
利用σφ因子的闪烁持续时间概率分布统计曲线,判断ROTI和AATR因子概率分布统计曲线变化趋势与σφ因子是否一致;若一致,则判断选定的某一并址测地型接收机GNSS能准确监测北半球高纬度区域电离层闪烁,否则判断该测地型接收机GNSS不能准确监测北半球高纬度区域电离层闪烁。
6.根据权利要求1所述的双因子验证测地型接收机监测北极电离层闪烁准确性方法,其特征在于,从日闪烁发生特征监测准确性方面,分析任一选定的并址测地型GNSS接收机监测北半球高纬度区域电离层闪烁的准确性:利用选定的测地型接收机GNSS的地球经纬度坐标,采用Meeus提出的大气折射效应天文算法计算研究区域的地方日落时间;
以该测地型接收机GNSS所在地方日落作为起算时刻,计算一年时间内ROTI、AATR和σφ因子日落后每小时闪烁发生事件次数与全部闪烁发生事件次数的占比,即闪烁发生概率;
再次以该测地型接收机GNSS所在地日落后时间为x轴、以闪烁发生概率为y轴,绘制ROTI、AATR和σφ因子在正常日落期间的闪烁发生概率分布统计曲线;
将一年时间内的ROTI、AATR和σφ因子按照Dst指数幅值分成平静期Dst≥‑30nT和磁暴期Dst<‑30nT两类,基于上述日落起算时刻计算一年时间内ROTI、AATR和σφ因子在平静期和磁暴期日落后每小时闪烁发生事件次数与全部闪烁事件发生次数的占比;
随后以该测地型接收机GNSS所在地日落后时间为x轴、以闪烁发生概率为y轴,分别绘制ROTI、AATR和σφ因子在平静期和磁暴期的闪烁发生概率分布统计曲线;
最后利用σφ因子的闪烁发生概率分布统计曲线,顾及高纬度区域存在极昼极夜现象,分别判断在正常日落期间、平静期和磁暴期下ROTI和AATR因子在极昼、极夜和非极昼极夜期间的闪烁发生概率分布统计曲线趋势与σφ因子是否一致;若一致,则判断选定的并址测地型接收机GNSS能准确监测北半球高纬度区域电离层闪烁,否则判断该测地型接收机GNSS不能准确监测北半球高纬度区域电离层闪烁。