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基于小波分解与重构方法研究电离层偶发E层

王栖溪 牛俊 方涵先 范鑫 包赟

王栖溪, 牛俊, 方涵先, 范鑫, 包赟. 基于小波分解与重构方法研究电离层偶发E层[J]. 空间科学学报, 2022, 42(2): 240-245. doi: 10.11728/cjss2022.02.210127014
引用本文: 王栖溪, 牛俊, 方涵先, 范鑫, 包赟. 基于小波分解与重构方法研究电离层偶发E层[J]. 空间科学学报, 2022, 42(2): 240-245. doi: 10.11728/cjss2022.02.210127014
WANG Xixi, NIU Jun, FANG Hanxian, FAN Xin, BAO Yun. A New Ionosphere Sporadic E Research Method Based on Wavelet Decomposition and Reconstruction (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2022, 42(2): 240-245. DOI: 10.11728/cjss2022.02.210127014
Citation: WANG Xixi, NIU Jun, FANG Hanxian, FAN Xin, BAO Yun. A New Ionosphere Sporadic E Research Method Based on Wavelet Decomposition and Reconstruction (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2022, 42(2): 240-245. DOI: 10.11728/cjss2022.02.210127014

基于小波分解与重构方法研究电离层偶发E层

doi: 10.11728/cjss2022.02.210127014
详细信息
    作者简介:

    王栖溪:E-mail:wangxixi19920218@126.com

    通讯作者:

    牛俊,E-mail:niujun@nudt.edu.cn

  • 中图分类号: P352

A New Ionosphere Sporadic E Research Method Based on Wavelet Decomposition and Reconstruction

  • 摘要: 电离层不规则体对卫星导航、通信、雷达系统等有重要影响。通过数值模拟及与实测数据的对比,论证基于小波分解与重构方法实现利用掩星数据反演电离层不规则体的可行性。以电离层偶发E层为例,利用国际参考电离层(IRI)模拟背景电离层电子密度分布,利用掩星探测的水平电子密度总含量δht反演不规则体信息,并与模拟数据进行比较。对2009年7月1-8日的COSMIC掩星数据进行小波分解与重构,将结果与SPIDR提供的地面观测数据进行对比。数值模拟及与实测数据的对比结果均表明,该方法能够较为准确地得到电离层不规则体的高度和强度信息,这对于电离层不规则体研究具有重要意义。

     

  • 图  1  模拟电离层背景场电子密度分布(虚线为模拟掩星射线路径)

    Figure  1.  Electron density distribution of the simulated ionosphere (The dotted line is the simulated occultation ray path)

    图  2  模拟1电离层不规则体电子密度分布(136~146 km,11°N-17°N区域;500%增强扰动)

    Figure  2.  Electron density distribution of ionospheric irregularities in Simulation 1 (136~146 km,11°N-17°N; 500% enhanced disturbance)

    图  3  模拟1的小波重构结果。 (a)原始δht随高度变化,(b)重构的低频分量Lht随高度变化,(c)高频分量Hht随高度变化

    Figure  3.  Wavelet reconstruction results of Simulation 1. (a) Original δht variation with height, (b) low frequency Lht of δht, (c) high frequency Hht of δht

    图  4  模拟2电离层不规则体电子密度分布(146~186 km,11°N-17°N区域;500%增强扰动)

    Figure  4.  Electron density distribution of ionospheric irregularities in Simulation 2 (146~186 km, 11°N-17°N; 500% enhanced disturbance)

    图  5  模拟2小波重构结果。(a)原始δht随高度变化,(b)重构的低频分量Lht随高度变化,(c)高频分量Hht随高度变化

    Figure  5.  Wavelet reconstruction result of Simulation 2. (a) Original δht variation with height, (b) low frequency Lht of δht, (c) high frequency Hht of δht

    图  6  模拟3电离层不规则体电子密度分布(136~146 km,11°N-17°N区域;1000%增强扰动)

    Figure  6.  Electron density distribution of ionospheric irregularities in Simulation 3 (136~146 km, 11°N-17°N; 1000% enhanced disturbance)

    图  7  模拟3小波重构结果。 (a)原始δht随高度变化,(b)重构的低频分量Lht随高度变化,(c)高频分量Hht随高度变化

    Figure  7.  Wavelet reconstruction result of Simulation 3. (a) Original δht variation with height, (b) low frequency Lht of δht, (c) high frequency Hht of δht

    图  8  掩星切点轨迹和测站位置分布

    Figure  8.  Distribution of occultation tangent point trajectory and location of station

    图  9  匹配掩星事件高频分量随高度的分布

    Figure  9.  Hht variation with height of the matching occultation

    图  10  UK站2009年7月4日的Es观测结果.(a) Es临频随时间的变化,(b) Es临频高度随时间的变化

    Figure  10.  Es observation results on 4 July 2009 of UK station. (a) Evolution of the critical frequency, (b) evolution of the height of critical frequency

    表  1  匹配掩星事件小波分解结果与观测结果对比

    Table  1.   Comparison between wavelet reconstruction result of matching occultation and observation

    测站代号测站坐标时间(UT)临频
    /MHz
    临频高度/km高频分量
    最大值/TECU
    高频分量最大值
    对应高度/km
    FF051 (51.7oN, 1.5oW) 2009年7月4日 18:00 4.1 103 3.38 100
    FF051 (51.7oN, 1.5oW) 2009年7月6 日 06:00 3.13 107 1.10 102
    AT138 (38oN, 23.5oE) 2009年7月2日 02:00 2.25 97 0.186 80.6
    EA036 (37.1oN, 6.7oW) 2009年7月7日 03:00 2.21 115 0.13 98
    JG055 (54.6oN, 3.4oE) 2009年7月5日 06:00 3.55 112 1.02 109
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  • [1] MATHEWS J D. Sporadic E: current views and recent progress[J]. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 1998, 60(4): 413-435 doi: 10.1016/S1364-6826(97)00043-6
    [2] GORDON W E. Incoherent scattering of radio waves by free electrons with applications to space exploration by radar[J]. Proceedings of the IRE, 1958, 46(11): 1824-1829 doi: 10.1109/JRPROC.1958.286852
    [3] FENG M. Detection of High-Latitude Ionospheric Irregularities from GPS Radio Occultation[D]. Calgary: University of Calgary, 2010
    [4] HOCKE K, TSUDA T. Gravity waves and Ionospheric irregularities over tropical convection zones observed by GPS/MET Radio Occultation[J]. Geophysical Research Letters, 2001, 28(14): 2815-2818 doi: 10.1029/2001GL013076
    [5] TSUDA T, HOCKE K. Using GPS satellites to study plasma irregularities[J]. GPS World, 2001, 12(7): 34-36
    [6] LEI J H, SYNDERGAARD S, BURNS A G, et al. Comparison of COSMIC ionospheric measurements with ground-based observations and model predictions: preliminary results[J]. Journal of Geophysical Research, 2007, 112(A7): A07308 doi: 10.1029/2006JA012240
    [7] YUE X, SCHREINER W S, KUO Y H, et al. GNSS radio occultation technique and space weather monitoring[C]//Proceedings of the 26 th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation. Nashville, Tennessee: ION, 2013
    [8] HAJJ G A, IBAÑEZ-MEIER R, KURSINSKI E R, et al. Imaging the ionosphere with the global positioning system[J]. International Journal of Imaging Systems and Technology, 1994, 5(2): 174-187 doi: 10.1002/ima.1850050214
    [9] LEITINGER R, LADREITER H P, KIRCHENGAST G. Ionosphere tomography with data from satellite reception of Global Navigation Satellite System signals and ground reception of Navy Navigation Satellite System signals[J]. Radio Science, 1997, 32(4): 1657-1669 doi: 10.1029/97RS01027
    [10] HOCKE K, IGARASHI K, PAVELYEV A. Irregularities of the topside ionosphere observed by GPS/MET radio occultation[J]. Radio Science, 2002, 37(6): 1101
    [11] 王栖溪, 方涵先, 牛俊. 基于COSMIC资料分析电离层F层不规则体结构[J]. 地球物理学报, 2016, 59(2): 419-425 doi: 10.6038/cjg20160202

    WANG Xixi, FANG Hanxian, NIU Jun. Analysis of ionospheric irregularities in F layer based on COSMIC data[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2016, 59(2): 419-425 doi: 10.6038/cjg20160202
    [12] YEH W H, HUANG C Y, HSIAO T Y, et al. Amplitude morphology of GPS radio occultation data for sporadic-E layers[J]. Journal of Geophysical Research, 2012, 117(A11): A11304 doi: 10.1029/2012JA017875
    [13] NIU J, FANG H X, WANG X X, et al. Analysis of the ionosphere irregularities in E region based on COSMIC occultation data[J]. Advances in Space Research, 2015, 56(9): 1895-1900 doi: 10.1016/j.asr.2015.04.014
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-27
  • 录用日期:  2021-09-26
  • 修回日期:  2021-07-28
  • 网络出版日期:  2022-05-25

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