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科技前沿GPS作为第二代全球无线电卫星导航系统,可以提供高精度的测量,导航定位和时间传递服务,十几年来在军事和民用等诸多方面得到了广泛的应用.由于该系统采用了通过高轨道卫星发射无线电波来进行精密定位的原理,因此,从GPS卫星到GPS接收机的整个系统都会受到空间环境变化及空间天气灾害事件的影响.空间天气灾害性事件是指那些能够对空间或者地面应用系统造成大的影响的太阳及近地空间环境的响应事件.从GPS系统的定位机理和系统定位精度方面的设计要求来看,这些影响会制约GPS系统的可靠性,严重情况下甚至造成GPS用户在地球部分区域不能有效地实施定位服务.GPS卫星的轨道半径为2.7万公里、卫星高度正好处于地球外辐射带上,带内存在大量的高能带电粒子,虽然GPS卫星在设计阶段考虑了地球辐射带的影响、但在空间天气灾害事件期间,辐射带内的高能辐射粒子会大量增加,这会加速GPS卫星星内器件的老化,增加GPS卫星出现故障的几率,从而影响GPS卫星的正常工作.严重的情况下甚至会使GPS卫星永久失效,从而增加GPS星座的几何精度因子,降低GPS系统的定位精度.另外,GPS信号的传输环境是一个容易受到空间天气灾害事件影响的区域.空间天气灾害事件期间,作为GPS信号主要传输介质的电离层会发生很大的变化,这种变化会造成GPS信号的传播时延发生变化,而GPS系统正是通过信号传播的时延来进行定位的,因此,这种时延的显著变化会影响GPS系统的定位精度,这种影响对单频GPS用户尤为严重.另外,作为电离层闪烁易发区域的赤道异常峰区对GPS信号的影响是非常强烈的,其中的电离层不均匀结构会强烈地影响GPS信号的传播质量,造成GPS信号的信噪比下降.当GPS信号的信噪比小于GPS接收机设计的最小接收域值时,就会发生卫星失锁现象,造成GPS接收机无法正常工作.这在太阳活动高年期间更加严重.由于对赤道异常区域电离层闪烁效应造成的影响估计不足,有一些应用卫星的地面接收机在设计过程中对信噪比的要求不够,使在太阳活动高年期间该系统在赤道异常峰区不能有效地工作.因此,通过闪烁效应对GPS系统的影响的研究,也可以为我们国家的其他卫星系统(包括卫星和接收机)的设计提供参考.北京大学空间物理与应用技术研究所的电离层组由肖佐教授主持负责,长期对电离层物理学开展了大量理论和探测研究,近期并特别注意空间天气灾害性事件及其对GPS效应的研究.
研究工作涉及各种空间天气灾害事件对GPS系统的影响.包括GPS系统设计,空间天气灾害事件期间的空间环境的变化幅度,GPS数据分析以及GPS载波信号扰动幅度等.我们国家已经是利用GPS进行导航定位服务的一个大国,为了更有效地应用GPS系统,加强这方面的研究是很有必要的.电离层单位截面柱体内电子总数的周日变化(连续7天约170小时),表明电离层宁静期间和强烈扰动期间的巨大差异.北京大学关于空间天气事件文张东和肖佐对GPS精密定位影响的研究

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