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电离层能够影响无线电波的传输,其中电离层F2层的电子密度分布特征会显著影响中、短波的传播。GPS掩星观测技术是一种新型的地球探测技术,它具有全球覆盖、可长期稳定观测等优点。本文利用2007年–2011年COSMIC和GRACE两个GPS掩星观测系统提供的电离层电子密度剖面数据研究电离层 F2层峰电子密度(即NmF2)的全球分布特征。本文主要工作及研究结果如下。 (1)对于单次GPS掩星事件提供的电离层电子密度剖面数据,将电子密度视为随高度变化的函数。通过设置2个参数(即M和k1)对电离层电子密度剖面数据进行筛选,以剔除不合理的剖面数据。然后,根据电离层电子密度斜率的正负变化,正确地提取出NmF2和相关的时间、地理位置信息。 (2)根据GPS掩星观测所获得的NmF2数据的特征,利用遗传算法对BP人工神经网络进行优化,通过MATLAB编程对优化后的BP人工神经网络结构进行设计。然后,利用经遗传算法优化的BP人工神经网络对GPS掩星观测提供的NmF2进行插值处理,获得NmF2的全球分布图像。 (3)运用上述方法,对2007年–2011年COSMIC和GRACE提供的电离层电子密度剖面数据进行处理,在获取NmF2的全球分布图像后,重点研究了赤道电离异常、威德尔海异常和广义威德尔海异常的分布特征和变化规律。研究结果表明:赤道电离异常、威德尔海异常和广义威德尔海异常均具有明显的地方时变化特征和年变化特征。与太阳活动低年(即2007年–2009年)相比,太阳活动高年(即2010年和2011年)期间赤道电离异常、威德尔海异常和广义威德尔海异常地区的NmF2数值均明显增大。赤道电离异常峰结构的形成与发展具有明显的南、北半球不对称性。在南半球夏季期间(即11月–2月),与1、2月相比,11、12月期间的威德尔海异常现象更为显著。在北半球夏季期间(即5月–8月),与7、8月相比,5、6月期间的北半球广义威德尔海异常现象更为显著。