山基GPS掩星观测实验及其反演原理

分别在湖北省药姑山和九宫山的山头上开展GPS掩星观测实验,成功获取山基掩星观测数据,对掩星事件进行了分析和统计.给出利用山基掩星观测数据反演大气折射指数剖面和电波弯曲角的原理和算法.利用山基GPS掩星观测模拟数据,对反演方法进行试算和检验,结果表明反演方法准确可行.将该反演方法应用于观测数据的反演,获得了观测点高度以下的大气折射率剖面,以及电波弯曲角.实验结果和原理研究表明,山基掩星观测技术是一种潜在的低层大气环境监测新技术.

山基GPS掩星折射率与探空折射率比较

本文简要阐述了山基GPS掩星数据处理过程,介绍了雾灵山（40.60°N,117.48°E,～2118 m）山基GPS掩星观测实验的基本情况,将雾灵山山基GPS掩星折射率与探空折射率进行了比较.按照山基掩星和无线电探空在空间（经纬度）上相差在2°以内、时间上相差在1.5 h以内的条件,共选出了206个山基掩星折射率廓线样本用于比较分析.山基掩星折射率与探空折射率的个例比较,表明山基掩星折射率廓线合理,且和探空折射率基本一致.统计结果显示,在2100 m以下,山基掩星折射率与探空折射率相对偏差的平均值为-2.0%,标准偏差为7.3%.

山基GPS掩星与自动气象站观测结果比较

山基GPS掩星技术可以精确获得低层大气折射率信息,其观测原理是：在高山的山顶安装GPS接收机,跟踪GPS卫星的低仰角和负仰角信号,通过载波相位的变化求出大气折射造成的弯曲角剖面,从而利用科学反演方法获得观测点高度以下的大气折射率剖面.为了对山基掩星测量数据进行验证,2005年8月1日-29日,在河北雾灵山（40.60°N,117.48°E,2118m）开展了为期一个月的山基GPS掩星观测与其他探测的对比实验.实验所用的JAVAD双频GPS接收机共工作576小时,接收机朝南观测,记录到山基掩星事件1136次,其中上升掩星621次,下降掩星515次.实验期间,在雾灵山顶利用自动气象观测仪每天24小时观测当地的温度、湿度和气压,由此可计算大气折射率.本文利用雾灵山GPS掩星实验所获得的观测数据,成功反演得到大气折射率剖面,并将所得接收机高度的折射率与雾灵山顶自动气象站观测结果进行比对,分析结果表明：山基GPS掩星和自动气象站观测结果是一致的.山基GPS掩星观测可为低层大气环境监测提供大量数据,具有潜在的应用前景.

三差法和Vondrak法联合探测与修复周跳在山基GPS掩星观测中的应用

针对山基GPS掩星观测值历元多、采用常规周跳探测方法不能快速探测周跳值的情况,提出首先利用三差法探测与修复大周跳,再利用Vondrak法探测与修复小周跳。试验证明,将两种方法相结合可以增加探测与修复周跳的效率。

山基GPS掩星反演大气对流层折射率原理及其主要影响因素分析

山基GPS掩星是空基GPS和地基GPS结合的产物,山基GPS掩星观测数据相位值进行地球曲率改正后,利用多普勒原理推导了GPS掩星反演对流层折射率模型,并推导了相应的误差影响公式,最后给出了一个大气折射率反演实例。

IGU星历在山基GPS掩星预报中的应用

利用IGS提供的IGU星历进行山基GPS掩星预报。实例分析证明,利用IGU星历计算的卫星位置精度比利用广播星历计算的卫星位置精度高两个数量级,预报掩星和实际观测的掩星在时间上只相差1 s,方位上基本相同,因此可以更加准确地进行掩星预报。

山基GPS掩星观测数据在电波到达角计算中的应用

在福建省太姥山和浙江鹤顶山开展了GPS掩星观测实验并成功获取山基掩星观测数据,对掩星事件进行了分析和统计;阐述了利用山基掩星观测数据计算大气折射指数和电波弯曲角的原理和算法,基于山基反演数据与欧洲中期天气预报中心(European centre for medium-range weather forecasts,ECMWF)数据构建电波传播的直接折射模型和一次反射模型来计算任意两点之间的电波到达角.结果表明:山基反演数据计算的大气折射率剖面反演准确度在95%以上,在1km下的近距离计算中基于山基反演数据的直接折射模型优于一次反射模型,山基反演数据的电波到达角模型优于ECMWF数据模型,文中创建的两种电波到达角计算模型对模拟两点之间的电波传播路径和真实电波信号的调整接收具有重要指导意义.

山基GPS掩星反演大气对流层折射率系统组成及其程序实现

山基GPS掩星技术因具有较强的实用功能成为目前反演大气研究的热点。结合雾灵山山基GPS掩星试验数据,研究了山基反演大气折射率的主要组成部分,并详细介绍了几个模块的实现过程,最后用程序解算了一段掩星数据。

雾灵山GPS掩星观测实验分析

在高山的山顶上,利用GPS接收机跟踪低仰角和负仰角的GPS卫星信号,即山基GPS掩星观测,该技术可以获得低层大气折射指数剖面。2005年8月1—29日,在河北雾灵山(40.60°N,117.48°E,海拔2118 m)开展了山基GPS掩星观测实验,共获得576 h的原始观测数据,跟踪到掩星事件共1136次,其中621次上升掩星事件,515次下降掩星事件,平均每小时观测到2次掩星事件,经反演成功获得939个大气折射指数剖面。分析结果表明:山基掩星事件发生时间(地方时)大体呈平均分布;山基掩星事件持续时间大部分在15~20 min;山基掩星事件跟踪最低负仰角分布的峰值出现在-3°^-2.5°之间,所跟踪到的最低负仰角达到-4.994°,出现在正南稍偏东方向;下降掩星事件的最低仰角分布明显低于上升掩星事件的最低仰角分布。上述实验结果表明:山基掩星观测每天可为低层大气环境监测提供大量时空分布的折射率数据,具有潜在的应用前景。