R2 P sin1 isin1
罪罪i2
两种不同的表达式(方程式。6和7)可以用来获得连接参数ps和p和折射角的影响* (p)。从方程式。(1)和(6)或(7)可以获得一次分化阶段的过度p)和中央角0连接的关系多普勒频率Fd参数p RO信号的影响和ps:
= Fd = (p - ps) + (d1 - d1) R - dt dt
1 di1 dt
dt d0 dt
(d1sR1) 1 + (d2sR2) 2 dt dt d0 dp, dps dt d1 = (R2 - ps2) 1/2, d2 = R2 - ps2)
d1, d2 GQ的距离和QL,相应。替换后的Eq。(10)为情商。(9)可以获得:
Fd = - (p - ps毫升我+ dt) t - (p2 - ps2) (21 + fi2) j
方程(9)、(10)、(11)和(12)的一般情况下是有效的,并不是圆的GPS和LEO卫星的轨道。通常在RO实验的绝对值差异p - ps和垂直速度dR1j2 / dt远远低于(通过4因素10 - 2打败)的绝对大小影响参数p (ps)和垂直速度的射线近地点dps / dt。条件下| (p - ps) dR1j2 / dt | ^ ps | dps / dt |一个人可以获得从情商。(12)一个简单的公式来估计多普勒频率上的差异p - p
dts d2) dt
ps值,dps / dt, d1, d2可以从轨道数据和相位延迟交付$ 1 > 2 (p)是测量的对象和给定阶段的部分radio-holograms频率f1和f2。下面我们将考虑新的关系,连接阶段加速度= d2 (t) / dt2,多普勒频率Fd (t)和无线电波折射衰减X (t)。条件下的
和利用方程dp / dt - dps / dt & [X (t) - 1] dps / dt (Liou et al . 2006年),一个可以获得fromEq。(13):
方程(15)和(16)与折射衰减和相位路径加速通过一个经典动力学equation-type过剩,首次出版于2006年(Liou和Pavelyev 2006)。系数m,维度s2 / m,是一个缓慢变化的函数的垂直速度dps / dt的射线近地点T和距离di, d2。方程(15)表示等价路径加速度变化之间的过度阶段,多普勒频率的导数Fd (t)和折射衰减X (t)。通常在RO实验参数m和dps / dt是已知的轨道数据,因为阿球面对称中心的位置及其投影线的sight-point问应该是已知的,距离GT d1和d2 TL可以作为d1,估计2 - (2 - p2) 1/2。因此,情商。(15)给出了可能性重新计算阶段加速度和/或多普勒频率Fd的折射衰减X p。这有助于排除从相位和/或振幅数据系统误差。这也是有用的估计大气中吸收。从振幅数据确定折射衰减Xa的强度比无线电波传播穿过大气层Ia (t)在自由空间强度的方法是:
Xa(无量纲)实验值的乘积折射和吸收的贡献。然而,相位加速度取决于折射效应。这样一种可能性来确定吸收大气中Y (t)比率:
必须详细研究这种可能性,因为在未来的卫星RO任务测量吸收效果由于水蒸气和微小大气气体成分正在计划和困难将包括从振幅数据删除折射衰减效应。方程(18)表明可行的方法来解决这个问题。方程式。(18)可能是有用的估计进行通信的条件Ku / K两个LEO卫星之间的乐队无线电掩星几何(马提尼et al . 2006年)。
RO信号的相位变化作为时间的函数(t)美元每个GPS频率f1和f2包含慢慢地和迅速变化的部分$ s (t)和f (t):美元
替换后(19)情商Eq。(15)可以得到:
1 - X (t) = m d2 $ s (t) d2 f (t) dt2 + dt2美元
方程(20)是有效的条件下:| d2 $ s (t) / dt2 | < | d2 f (t) /美元dt2 |,这是实现如果大气中违规行为的影响和电离层远低于标准大气的影响(或电离层)在雷近地点附近。分层结构的贡献逐步过度变化在某些情况下可能被视为一个quasi-periodical过程,和二阶导数d2 (t) /美元dt2可能呈现形式:
«- 02 $ f (t)«= 4 ^ 2 v2p K2, (21)
副总裁在哪里的垂直速度近地点附近的RO射线«2 t参数取决于垂直段十五的分层结构。替换后的Eq。(21)在情商。(15)可以获得:
kv是垂直的垂直波数quasi-periodical结构在大气中(电离层),d1, d2的距离沿射线GTL点L和G T射线近地点,分别R0 GL的距离。方程(22)连接阶段的高频部分路径变化f (T)和美元过剩折射衰减变化的X (T) - 1 RO信号。注意,情商的c0系数。(22)并不依赖于雷近地点的垂直速度。方程(22)允许一个重新计算折射衰减变化的GPS radio-holograms阶段路径过多的变化,反之亦然。相位路径过剩的形式变化$ f (t)的形式类似于X (t) - 1强度变化。它遵循从方程式。(22),RO信号强度的变化成正比阶段路径过度振荡和成反比的第二权力垂直空间的分层结构。一个可以从方程式估计。(22)的价值参数c0相比之下的RO信号的振幅和相位变化。
如下从我们的分析的实用算法,揭示了贡献的低电离层相位数据可以被描述为:
(t))表示阶段数据的趋势。另一种方法找到(t))由在相位路径的平均超额滑动时间间隔;滑动平均间隔的大小必须是足够长的时间来考虑长刻度大气或上层电离层的影响。
通常在RO实验参数m(方程式。15和16)是一个缓慢变化时间的函数。组件参数dps / dt取决于速度v, w的GPS和LEO卫星,分别。组件v, w平面垂直于直线GL的高尔。面向组件的v, w时积极的方向,O和在相反的情况下是负面的。组件v, w dps / dt与参数:
方程(15)、(16)和(24)可以用来找到距离LT d2同时观测相位和强度变化的无线电波。为了达到这个目标,一个可以找到从情商。(15)折射系数的衰减变化阶段的加速度变化然后d2的距离可以被评估从d2 = 2兆瓦的关系
v / v \ \ V2 1 + 2 b (- 1) + (1 4 b) ww
方程(15)和(25)可以申请切点的位置T(或当地球对称层)的传播媒介。
3阶段的加速度和强度变化之间的联系:实验验证
阶段加速度计算第二阶段路径的时间导数过剩X (t) - 1和强度变化的频率f1如图2所示,(曲线1和2,分别)0136年冠军RO事件(2003年1月14日)和0023年(2003年9月21日)。如图2所示,之间有很好的对应关系变化阶段的加速度和RO折射衰减的信号。系数m在0136年和0023年RO事件是不同的。的平均比率折射衰减和相位加速度m是有些公里约1.0 s2 / m高度为RO事件间隔0136左面板(图2),但0023年事件(图2,右面板)约为1.5倍。从轨道数据,如下参数m的变化在这些RO事件约为10%。如下的
10 12 14 16 18 2(1 22 14 26日28日30 32 34 36 38 4 (1 S 10如果20 25 30 40 35
高度| |公里高度(离子)
图2阶段加速度和折射在第一个GPS频率衰减变化X - 1 f1(曲线1和2,分别)两个冠军RO事件:0136号1月14日,2003(左面板)和0023号9月21日2003 (rightpanel)
10 12 14 16 18 2(1 22 14 26日28日30 32 34 36 38 4 (1 S 10如果20 25 30 40 35
高度| |公里高度(离子)
图2阶段加速度和折射在第一个GPS频率衰减变化X - 1 f1(曲线1和2,分别)两个冠军RO事件:0136号1月14日,2003(左面板)和0023号9月21日2003 (rightpanel)
分析数据显示在图2中,方程式。(15)和(16)是有效的,他们可能会允许一个定位大气和电离层的分层结构,负责强度和相位的变化加速的无线电波satellite-to-satellite链接。
确定位移的一个例子D = d2 - d2图3所示为FORMOSAT-3 /宇宙RO事件0006年4月23日,2006年,15小时54 m 28 s LT,与地理坐标9.5°s, 288.9°W。曲线1和2在图3中,左边面板中,具备良好的通信之间的折射衰减Xp阶段加速度的估计和参数m×使用公式1 - Xp = ma,并从振幅Xa评估数据,分别在第一个GPS频率f1。
评估的结果位移D利用方程式。(15)和(25)是图3所示,正确的面板。根据图3(右面板)之间的位移D势必±50公里之间的十到二十五公里高度间隔和±100公里
tidsMlt | |公里tidsMlt我杀了|
左面板图3:比较折射计算衰减Xa和Xp的阶段(曲线1)和振幅(曲线2)数据。右面板:位移D的切点T计算方程式。(15)和(25)
tidsMlt | |公里tidsMlt我杀了|
左面板图3:比较折射计算衰减Xa和Xp的阶段(曲线1)和振幅(曲线2)数据。右面板:位移D的切点T计算方程式。(15)和(25)
在批准公里高度间隔。它遵循的阶段加速度有相同的重要性RO实验作为著名的多普勒频率。
4破浪效应和决心内部波参数
振幅通道radio-hologram可以用来获取信息的折射率的垂直分布,温度和垂直梯度(Pavelyev et al . 2002, 2003;Liou et al . 2002、2003、2006)。RO信号的振幅变化主要取决于折射角的导数的高频部分在df (p) / dp的影响参数。获取相应的垂直梯度的变化折射率dN (h) / dh的低频部分函数df (p) / dp振幅对应于低频噪音数据排除了数字过滤。剩下的高频干扰的一部分(p) / dp被使用的阿贝尔变换技术改造(Liou et al . 2002),发现扰动的垂直梯度折射率杀毒软件(h) / dh。这个过程并不需要一个优化技巧,因为(1)缺席的低频噪声函数干扰(p) / dp和(2)灵敏度高的振幅高频垂直梯度的变化折射率(RO信号强度的变化是成反比的第二权力垂直空间的分层结构)。
变化的垂直梯度折射率从RO振幅数据检索图4所示为冠军RO事件0140号和0001号,
身高(亲属)高度(公里)
图4的垂直梯度折射率扰动在第一个GPS频率f 1030公里(左)和30 - 65公里高度间隔(右)。突然变化的振幅和相位之间的折射率扰动被认为海拔38公里,40公里(曲线1和2,右面板)和45 - 50公里(曲线1,右面板)。曲线1和2对应于冠军RO事件0140号(02 h 35米34秒LT, 21.9°N, 172.5°W)和0001号(02 51 h 09 m LT, 15.9°N, 330.0°W),1月23日分别为2003
身高(亲属)高度(公里)
图4的垂直梯度折射率扰动在第一个GPS频率f 1030公里(左)和30 - 65公里高度间隔(右)。突然变化的振幅和相位之间的折射率扰动被认为海拔38公里,40公里(曲线1和2,右面板)和45 - 50公里(曲线1,右面板)。曲线1和2对应于冠军RO事件0140号(02 h 35米34秒LT, 21.9°N, 172.5°W)和0001号(02 51 h 09 m LT, 15.9°N, 330.0°W),分别于2003年1月23日
2003年1月23日(曲线1和2,分别)。中清楚地看到波结构扰动的垂直梯度折射率10-45公里间隔(曲线1和2,左和右面板图。4)。垂直波的周期结构从0.8十到二十五公里间隔-1.0公里,从2 - 4公里的间隔30 - 40公里。突然变化的振幅和相位之间的折射率扰动被认为海拔38公里,40公里(曲线1和2,右面板)和45 - 50公里(曲线1,右面板)。这些变化可能与破浪海拔波能量消散漩涡和湍流。以前波破坏效应在冠从太空观察实验(全译本)和Preusse 1999)海拔30公里至40公里。有迹象显示GW打破海拔约50 - 60公里(白尾海雕et al . 2006年)。注意,波浪图4所示的现象是第一个直接观察利用GPS RO法。
5积分的行为波活动在2001年- 2003年
大气中的波活动在全球范围内可以以RO指数j:强大的概率波振幅超过了固定汇率水平的垂直梯度折射率q。这个指数全球重要性的描述波活动在大气中见无花果。5和6的冠军RO数据的分析基于时间2001 - 2003。级j被定义在这个分析数据的波振幅比大于问> 0.6 n /公里12到16公里,与q > 0.24 n /公里18-26公里测量在地球各地的总数。j值标记为9纵轴在无花果。5和6。的光滑曲线得到的近似实验数据通过最小二乘法(虚线)。数据,无花果。5和6所示,相关三年时间间隔2001年9月——2003年9月,有三个数据差距:(1)从10月15日,2001年2月28日,2002;(2)从5月16日,2002年10月31日,2002;(3)从1月1日到1月12日,2003年。波活动的季节性和每年的变化都在海拔12-26公里。例如,更改与海拔大约有12个月期12公里,16公里,20-26公里(无花果。5和6)—9 2003年。为期一年的振荡的阶段高度12公里,16公里是相反的波活动的阶段变化的高度20-26公里。 The wave activity behavior at the altitudes 14 km and 18 km is different from that at the heights 12 km, 16 km, and 20-26 km. The wave activity at the heights 14 km and 18 km is increasing when the time goes to the end of the considered period—September 2003. This may be connected with tropopause effects. Changes in对流层顶高度,重要的折射率梯度的变化在对流层顶附近,和其他现象可以产生强烈的闪烁RO信号的振幅变化。分析这些影响是一个未来的调查任务。海拔12公里,16公里,20-26公里的波活动逐渐减少10 - 40%时间的变化从2001年9月到2003年9月。这可能与递减
-
- 图5内部波活动的变化(平均在地球各地)在2001年和2003年在不同海拔地区大气中:12公里,14公里(前左和右面板,分别),16公里,18公里(分别为底左右面板)
气象过程、强度的变化类型的大气发行量减少,很有可能,在太阳活动考虑一段时间。在这方面内部波活动可能被认为是在各种出版物中描述的其他重要参数(例如,Suh和Lim 2006,引用其中),它描述太阳活动对地球大气层的影响。
6结论
比较理论和实验分析的相位和振幅变化GPS radio-holograms发现新的关系,与折射衰减和相位路径加速通过一个经典动力学equation-type过剩。介绍的优点在于(1)的关系
-
- 图6内部波活动的变化(平均在地球各地)在2001年和2003年在不同海拔地区大气中:20公里和22公里(前左和右面板,分别),24公里和26公里(分别为底左右面板)
可能单独的分层结构和湍流贡献RO信号;(2)一种可能性估计大气中吸收除以折射衰减发现从振幅和相位数据;(3)一种可能性来定位精度的大气中切点的距离约±100公里的标准位置。建议的方法一般的重要性(例如,它可能是申请的振幅和相位的变化分析trans-ionospheric satellite-to-Earth链接)。我们还表明,GPS掩星信号的振幅变化非常敏感传感器在大气层内波。振幅的敏感性方法是成反比的平方垂直段内部波,表明高灵敏度的振幅数据与小波结构垂直间隔时间在0.8 - 4公里。利用波振幅数据分析内部断裂现象首次观察到在RO实践海拔38公里,45公里。
振幅GPS掩星方法提出了一种可能获得大气波活动的地理分布和季节性的依赖与全球覆盖。海拔12公里,16公里,20-26公里波活动逐渐减少,从2001年9月至2003年9月10 - 40%。这种减少可能与强度的变化气象过程,类型的大气发行量减少,很有可能,在太阳活动。
确认我们感激GeoForschungZentrum波茨坦提供冠军RO数据和UCAR / CDAAC(美国博尔德有限公司)提供FORMOSAT-3 /宇宙数据。我们感谢美国国家科学委员会的台湾,民国下,对金融支持赠款NSC 92 - 2811 m008 - 001, NSC 91 - 2111 m008 - 029,雷竞技csgo美国海军研究办公室(ONR)下的美国授予n00014 - 00 - 0528。工作已经部分支持的俄罗斯基础研究基金批准号06-02-17071。此外,俄罗斯科学院提供的援助是程序OFN-16和OFN-17。
引用
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