GNSS电离层扰动精确表征模型与应用_杨恒，余艳丽，杜得荣著_9787312055560

本书结合全球卫星导航系统(GNSS)应用背景，阐述了行进式电离层扰动(TID)的基本概念和特性、GNSS多TID同时传播模型建构的基本原理与论证，并应用模型介绍了2011年日本春分日季节性中尺度TID传播参数特征、2017年北美日全食电离层TID响应与多尺度参数特征以及2011年日本大地震电离层地震海啸特征与海啸预警可能性的研究成果。

电离层的电子密度波状结构扰动，是频繁影响全球导航□□系统（GNSS）精确处理的小尺度延迟分量之一。利用这种效应，可将广泛部署的GNSS观测站作为全球电离层传感器来进行观测。本书的研究涉及电离层此类扰动的探测和表征，并将其应用于由自然事件引起的行进式电离层扰动（TID），特别是找出圆形TID和海啸之间的关系。该探测和表征是通过区域去趋势垂直总电子含量（VTEC）观测数据完成的，源于一组GNSS□□到地面观测站视线路径上的斜向电离层延迟。从数学和信号处理的角度来看，电离层波的检测表征存在两个难点：①电离层GNSS采样是非均匀的，即具有不同的采样密度，在某种程度上反映了GNSS地面观测站的分布；②估计方法不能对TID的数量及其传播参数引入任何约束。
　　本书的具体研究内容如下：
　　首先，我们提出了一种方法，从经过高通滤波的VTEC地图的时间序列中检测同时发生的TID数量及其传播参数。该方法被称为TID原子分解检测器，即ADDTID，在□□大型密集GNSS网络（全球定位系统地球观测网GEONET）的模拟TID场景中进行了测试。ADDTID的主要贡献是可从电离层穿刺点IPP的非均匀采样中检测到独立TID的确切数量。该问题的解算模型被设定为从横跨可能的TID线性空间的原子字典中估计具有代表性的TID扰动，其估计方案是通过改进的□□绝对收缩和选择算法LASSO的稀疏分解完成的。这些原子由平面波组成，其特点是波长、方位角和相位定义在同一个模型化的电离层二维平面上，即在GNSS网络观测区域内基于单层或多层电离层模型投影的某高度水平区域。其地球物理学贡献显示，ADDTID可探测到几个同时存在的具有不同特征的行进式电离层扰动，且其传播速度持续□化。
　　其次，我们将ADDTID应用于实际观测的去趋势VTEC数据，这些数据来自□□GEONET网络，超过1200个地面观测站收集的双频全球定位系统GPS观测数据。基于ADDTID，研究了2011年3月21日□□地区春分日期间的中尺度TID。在地球物理学方面的特色贡献为：①检测到与特定地震时间和位置相匹配的圆形中尺度TID波；②两个不同的中尺度TID同时叠加，其方位角几乎相同；③夜间存在速度范围在400-600m/s的快速中尺度TID。这些结果可以在去趋势VTEC地图的时间演□序列中得到直观验证。需要强调的是，此研究证实了ADDTID具备检测表征低幅度和短时传播的中尺度TID事件的能力。
　　再次，我们提供了受2017年8月21日北美日全食驱动的多尺度TID的详细演□特征。在该日全食事件中，本影产生于太平洋，快速穿过美国，最后在大西洋消失。该分析也是通过ADDTID模型完成的。与月影冷却效应直接产生的冲击波相比，日全食产生的这组TID扰动具有更丰富、更多样的行为。这在一定程度上可以被模拟成日全食的本影和半影，且它们是移动的圆柱体，与弯曲表面以不同的仰角相交。这种投影产生了形状类似于椭圆的半影区域，其中心和焦点都不同。其结果反映在日全食产生的TID波长的时间演□上，它取决于本影中心的太阳天顶角，同时也反映了双弓形波现象，即弓形波提前产生于本影。结果表明，扰动的出现和日食过境的延迟与扰动的不同起源有关。最后，我们检测到一个清晰的中尺度TID，它出现在半影之前，被假设为与弓波相关的孤子波。
　　最后，我们描述了2011年3月11日□□东北大地震期间产生的TID复杂传播特征。应用ADDTID对TID传播参数的高精度估计，将使其更容易区分不同的来源，特别是符合地震海啸驱动的声学重力波的特征。这种方法不假定扰动遵循圆形的传播模式，可通过海啸波阵面的传播模式和相关TID来估计位置。通过ADDTID模型，我们描述了：①同时发生的不同特征TID，其检测对扰动的波前曲率和估计参数的准确性是稳健的，慢速TID传播参数与海啸波形测量结果一致；②震中西侧和东侧TID波峰不同，且在时空特征上与海啸呈现高一致性；③GNSS观测区域内海啸驱动的圆形TID的完整演□；④与地震声波有关的快速而短暂的圆形TID事件；⑤一组快速向西的平面TID构成的伪震前活动；⑥近海海啸波前位置估计以及用作早期海啸预警的可能性研究。最后，介绍了以前未报道过的扰动和应用于本地实时海啸检测的巨大潜力。
　　本书对电离层类波扰动的检测与表征方法及其应用进行了探讨，主要内容可供研究生与相关科研人员参考。由于笔者水平有限，错误与疏漏之处在所难免，真诚希望广大读者批评指正。

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