臺灣地區GPS閃爍訊號特性及分析

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姓名

陳家逸(Chia-yi Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

太空科學研究所

論文名稱

臺灣地區GPS閃爍訊號特性及分析
(The analysis of GPS scintillation signal characteristic in Taiwan)

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摘要(中)

本篇論文研究自台灣上空接受到的GPS衛星訊號，包括L1和L2 頻率訊號，與訊號合成的強度值。我們由L1和L2 頻率訊號計算出全電子含量(TEC , total electron content)，並由訊號合成的強度值計算出閃爍指數(S4, scintillation index)。進一步地資料分析後，將閃爍現象分為三類，(1) 全電子含量與閃爍指數皆發現閃爍現象，(2) 閃爍指數發現閃爍現象但是全電子含量卻出現脫鎖的情況，(3)全電子含量發現電漿泡電漿泡（Plasma Bubble）現象，同時閃爍指數出現擾動。本篇論文中亦對閃爍現象做四種季節的發生統計，找出最常發生的季節；同時對閃爍現象做經緯度的發生統計，得出台灣上空附近那些區域常常出現閃爍現象。經資料處理與分析後，發現在中壢地面接收站與台南地面接收站，觀察到閃爍現象的時間，存在著明顯的時間差異，透過時間差異計算，約略得出由不規則體所產生的閃爍現象其飄移速度。進一步地，使用三種分析方法：(1)向量修正法，(2)虛擬位置修正法，(3)經度修正法，計算出由不規則體所產生的閃爍現象其飄移速度，得出經度修正法最值得信賴。

摘要(英)

This paper studies the GPS satellite signals receiving form the neighborhood of Taiwan, including L1, L2 frequency signal, and the amplitude compounded from L1 and L2 signal. We calculate the total electron content (TEC) from L1 and L2, and the scintillation index (S4) from TEC and the signal-amplitude. After data analysis, we separate the scintillation phenomenon into three categories: (1) Both the data observation of TEC and S4 find the phenomenon of scintillation. (2) The data observation of S4 find the scintillation phenomenon while the lose-lock occurs in the data observation of TEC. (3) Both the data observation of TEC and S4 find the phenomenon of scintillation and the occurrence of plasma bubble. We also analyze the scintillation phenomenon by means of seasons. At the same time, we analyze the scintillation phenomenon by means of longitude and latitude. After the data processing and analyzing, we find an obvious time difference of the observation of scintillation phenomenon between Chungli and Tainan station. Taking one step further, we use three analysis method: (1) the method of vector correction, (2) the method of virtual position correction, and (3) the method of longitude correction; we make a calculation of the drift velocity of the scintillation. We find the method of longitude correction most reliable.

關鍵字(中)

★ 飄移速度
★ 擾動
★ 閃爍
★ 全球定位系統

關鍵字(英)

★ drift velocity
★ irregularity
★ GPS
★ scintillation

論文目次

第一章　研究動機及研究目的
1-1 研究動機………………………………………1
1-2 研究目的………………………………………2
1-3 論文架構………………………………………2
第二章儀器介紹
　　　2-1 GPS衛星系統架構及座標系統與時間系統………4
2-1-1 GPS衛星系統架構……………………….…4
2-1-2 GPS 座標系統………………………………7
2-1-3 GPS 時間系統………………………………9
2-2 GPS 地面接收站…………………………………11
2-3 GPS 可觀測量之誤差來源………………………14
2-3-1 衛星本身誤差…………………………… 14
1. 衛星的軌道誤差……………………14
2. 衛星的時鐘誤差……………………14
3. 選擇性供給效應……………………15
4. 地球自轉的影響……………………15
2-3-2 信號傳播誤差……………………………16
1. 電離層延遲…………………………16
2. 對流層效應…………………………17
3. 多路徑效應…………………………17
2-3-3 接收器誤差…………………………… 18
第三章理論介紹
　　　3-1 電離層簡介…………………………………… 19
3-2 全電子含量…………………………………… 21
3-3 雙頻電碼計算………………………………… 25
3-4 載波相位計算………………………………… 27
3-5 閃爍現象……………………………………… 29
3-5-1 閃爍理論……………………………… 29
3-5-2 閃爍指數……………………………… 39
第四章資料分析
4-1 GPS 衛星軌道的計算……………………………41
4-2 GPS 衛星軌道的投影計算………………………47
4-3 GPS 衛星的仰角計算……………………………48
4-4 GPS 衛星之訊息振幅……………………………48
4-5 GPS 衛星之TEC值……………………………51
第五章討論
5-1 閃爍現象的仰角、振幅、S4 index及VTEC…………55
5-2 閃爍現象的資料分析……………………………56
5-2-1 Amp & Vtec皆出現閃爍現象…………57
5-2-2 Amp出現閃爍現象 & Vtec出現脫鎖現象…58
5-2-3 電漿泡現象……………………………59
5-3 閃爍現象的資料統計…………………………59
5-3-1 閃爍現象的時間統計…………………60
5-3-2 閃爍現象的季節統計…………………60
5-3-3 閃爍現象的空間統計…………………62
5-4 兩地面接收站推算出不規則體飄移速度……63
5-4-1 向量法修正……………………………64
5-4-2 虛擬位置修正…………………………64
5-4-3 經度修正………………………………65
5-5 結論……………………………………………64
第六章結論與未來展望
6-1 結論……………………………………………66
6-2 未來展望………………………………………68
參考文獻……………………………………………………69

參考文獻

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施順鵬，”台灣地區Ka波段大氣傳播通道之研究”，中央太空所論文，2002
蔡東穎，”GPS觀測大氣閃爍之研究”，中央太空所論文，2002
吳綱常，”衛星訊號閃爍與電離層不規則體飄移-衛星量測與地面觀測之比較”，中央太空所論文，2003
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曾忠一，”大氣科學中的反問題（下）”，國立編譯館，2006
曾忠一，”大氣輻射”，聯經出版事業公司，1988
曾忠一，”大氣輻射續篇”，中央研究院物理研究所，1988

指導教授

朱延祥(Yen-Hsyang Chu)

審核日期

2008-7-7

推文