大气GPS掩星观测反演方法

大气GPS掩星观测可获得全球的大气气象参量剖面信息.本文阐述了地球大气GPS掩星观测反演原理,详细介绍了其几何光学近似反演方法和全谱反演方法,提出了将几何光学反演方法和全谱反演方法结合以形成可以处理多路径掩星数据的反演新方案.该方案和几何光学反演方法应用于GPSMET和CHAMP大气掩星数据反演,成功地获得了大气参量剖面.结果表明,新反演方案是可行的、有效的GPS大气掩星反演方案.

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.

欧洲ACE^+掩星观测计划

最近,欧洲制定了一个新的ACE^+掩星观测计划。它由4颗小卫星组成,分布在2个轨道面上。星载接收机可以分别接收GPS和Galileo(伽利略)导航星座信号,进行掩星观测。此外,4颗小卫星中的两颗卫星,携带X和K波段的发射机,另外两颗携带接收机,他们之间也进行掩星观测,测量电波振幅变化,独立反演对流层大气温度和水汽。计划创新之处在于,它以前所未有的技术和测量精度获得全球大量的电离层和中性大气的气象场资料。本文介绍ACE^+计划观测内容、卫星载荷、地面观测设备的数据处理技术,也给出该计划的应用前景。

掩星观测中电离层延迟对LEO卫星轨道误差的响应

从Haselgrove和Budden方程出发 ,模拟了GPS信号在电离层中的传播过程。利用GPS/MET实验中 5组GPS和LEO卫星的实际轨道 ,分别模拟了无LEO卫星轨道扰动和有轨道扰动情况下的GPS信号在电离层中的传播 ,并生成了对应的电离层延迟量。以同步生成的模拟精度序列为参照 ,就掩星观测中电离层延迟对LEO卫星轨道误差的响应程度进行了估计和分析。初步结果显示 :在掩星观测中 ,电离层延迟对LEO卫星轨道误差的响应比中性层延迟要弱得多 ,这可能同采用了电离层掩星观测的采样频率比中性层采样频率低两个数量级的技术手段有关。

平流层爆发性增温期间大气变化特性的COSMIC掩星观测

利用高精度和高垂直分辨率的COSMIC掩星观测资料,详细深入分析了2007年冬—2008年春平流层爆发性增温(SSW)期间10～60 km高度范围内大气的变化特性,尤其是上平流层和低中间层大气的变化特性.结果表明,在SSW过程中,温度场、风场和剩余环流都发生了明显的变化.根据温度在主增温前和主增温盛期的变化特性,在水平方向,大约以55°N为界,在垂直方向,大约以42 km为界,可以将温度场在纬度-高度的分布分为4个区域:高纬下层增温区,增温幅度约高达25 K;高纬上层降温区,降温幅度约达30 K;中纬下层降温区,降温幅度约为几K;中纬上层增温区,增温也约为几K.SSW期间上下层大气纬向风场的变化规律基本相同.在纬度方向以45°N为界,45°N以北地区的西风减弱东风增强,风场变化高达50 m/s;45°N以南地区西风增强东风减弱,变化幅度比较小,约10m/s.在2008年1月下旬到2月底,大气温度和纬向风有明显的振荡现象,周期约为12天.剩余环流的环流圈在SSW期间会发生反转,由此也表明,SSW期间大气中物质的输运方向也会发生改变.

星载掩星观测GPS接收机

讨论了星载掩星观测接收机的技术要求和特点,国外掩星接收机的现状和应用、接收机主要组成部分、接收机天线和相应的飞行软件。根据国内现有技术水平和掩星观测技术要求,提出我国星载掩星观测接收机研制的一些意见。

雾灵山山基掩星观测反演误差分析

运用山基GPS掩星探测技术对2005年8月河北雾灵山山基GPS掩星观测试验数据进行了处理,获得了接收机高度以下的大气折射率廓线;分析了掩星反演结果的内部符合情况,并利用同时进行的联合探空观测数据,将探空结果与掩星反演结果进行了比对分析。分析结果表明,山基GPS掩星反演大气折射率的内部符合精度优于1%,与常规探空结果的平均偏差为5.9%。反演结果偏小,标准偏差为5.6%。

地基行星大气掩星观测资料流程和数据整理

在中国火星探测萤火一号(YH-1)计划中,包括了地基掩星观测反演火星大气的科研任务.观测资料整理是反演流程的第一步.本文描述了地基火星大气掩星观测处理软件系统的观测数据流程和观测资料整理模块,并详细介绍了观测资料整理模块的结构和功能,其中包括时间系统转换、历表插值、坐标系变换、信号时延改正以及掩星平面建立.利用行星数据系统公布的火星快车无线电科学数据和由SPICE得到的地球、火星历表以及火星快车的轨道数据,结合本文的算法,得到了一些实验结果.

基于无线电掩星观测的火星高层大气研究

近年来,火星高层大气受到越来越多的关注和研究。由于缺乏磁场的阻挡,火星高层大气与星际空间环境关联密切;同时,低层大气中的活动(例如尘暴)也会对其造成影响。而耦合在火星高层大气中的电离层则使这些过程变得更加复杂。火星高层大气和电离层结构的变化会对火星探测和通信活动造成很大的影响。然而,目前人们对火星高层大气100~130 km高度长期、稳定的观测数据仍然相对较少。文章将首先介绍火星高层大气研究的历史和现状,然后分别介绍本研究组利用无线电掩星实验获取火星130 km中性大气密度的方法、主要成果及未来的工作。

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.

基于高精度回归共振的掩星观测轨道设计

基于遥感卫星的掩星观测技术被广泛用于地球大气中的温室气体浓度监测。与传统光学观测不同,掩星观测需由“信源星”和“观测星”协作、在满足严格观测几何约束下才能完成,这使得掩星观测的轨道设计问题更加困难。为提升掩星观测能力,提出一种基于高精度回归共振的掩星观测轨道设计方法。首先,将掩星观测几何约束从切点高度约束等价转化为地心夹角约束,实现对任意轨道构型下连续掩星观测弧段和覆盖能力的快速评估。然后,利用回归和共振轨道特性,建立了大样本的“信源-观测”轨道构型库,为掩星观测轨道设计提供基础解集。最后,以对主要碳排放区域的覆盖能力作为主要性能指标进行寻优,并利用微分修正构造J2摄动下的高精度回归共振观测构型,完成掩星观测信源星和观测星的轨道设计。结果表明:所给高精度回归共振掩星观测轨道构型,不仅保证了周期性长弧段的掩星观测,还实现了观测几何的长期稳定保持。所提方法成功用于第8届中国研究生未来飞行器创新大赛“碳卫星大气观测轨道设计与优化”挑战赛,并摘得了该赛事的冠军。

无线电掩星和激光雷达观测结果比较

简要阐述了激光雷达和ＧＰＳ掩星探测大气的基本原理，并利用１９９６年１０月１４日１６２５ ＵＴ时 Ｂ本 ＴＭＵ钠和瑞利散射激光雷Ｂ（３９．２３°Ｅ、 ３５．３７°Ｎ）资＃，反演得到 ３０－５５ ｋｍ高度范围内大气密度和温度的观测结果，与此同时通过激光雷达上空的 ＧＰＳ掩星观测到的掩星切点处的观测结果进行了比较．结果表明：两种方法获得测出的密度廓线符合得很好；温度廓线的变化趋势也基本一致，但在某些高度上有较大的偏离．文中最后对比较结果作了简要分析，讨论了重力波对大气密度和温度廓线的影响．

热带地区GPS掩星观测传播路径上影响参数变化与水汽折射率局部强梯度的关系

热带对流层低层的大气折射率场比其他地区受水汽的影响更大.在这项研究中,文章首先将2009年气象、电离层和气候星座观测系统(COSMIC)的无线电掩星数据与CloudSat云剖面雷达资料进行了匹配.然后,基于模式模拟,又研究了掩星射线路径在何处以及为什么与其上下的射线路径相交.利用欧洲中期天气预报中心ERA5再分析作为射线追踪观测算子的输入,在热带对流层低层模拟得到的掩星影响参数沿着某些射线路径恒定.为简洁起见,文章把某射线路径与其上下射线相交这一现象称为一次掩星多路径模拟.在二维掩星平面上,把模式模拟得到的射线轨迹叠加在大气折射率垂直和水平梯度分布场上,可以生动地说明掩星多径模拟事件发生折射率梯度的关系.统计结果表明,造成掩星多路径现象的主要原因是在距近地面点水平距离300km范围内大气水汽折射率有较强的局部垂直梯度.掩星多路径现象大多在5km影响高度下发生,最大发生频率在3.4km影响高度附近(约1.8km几何高度).不管是有云还是晴空条件,多路径现象和水汽折射率局部强垂直梯度都有可能存在,但在层积云环境下最为常见.

小行星掩星观测纪实

目前，小行星掩星是倍受重视、也是观测难度较大的观测项目之一，其主要目的是要获取小行星的视面形状。2005年6月6日，北京时间20时24分，发生了小行星乾神星掩巨蟹座一颗恒星的特殊天象，在我国只有北京、天津、山东地区可见。我们青岛市天文爱好者协会对这次天象进行了跟踪观测，从6月1曰起在青岛天泰观象台对乾神星和HIP44831进行了拍摄，利用天文软件StarryNight4．5与Meadel 6英寸望远镜的连接，实现了自动寻星。

45号小行星掩星观测纪实

当前，在掩星领域里，最热门的就是小行星掩星了，观测小行星掩星的主要目的是尽可能准确地测量恒星消失和重现的时刻。通过分析计时数据获得小行星的视面形状，而获得视面形状就需要有多个观测站点进行观测，观测站点越多，获得的视面形状就越准确。当然，单一观测站点的计时数据也同样非常重要。

掩星观测入门（二）小行星掩星简介

由于小行星数量众多，所以小行星掩星可能发生在地球表面的任何地方。虽然每年都有数以百计的小行星掩星现象发生，但由于大部分背景恒星都是暗星，加上掩食带很窄，大多数只有数十至一两百千米宽，视小行星的大小和距离而定。

掩星观测入门（一）

前言：目前爱好者借助于天文软件进行辅助观测显得越来越重要．掩星观测也不例外。在掩星观测中．掩星软件OCCULT（英文免费版．以后将会介绍这个软件的使用方法）可以起到很重要的辅助作用。本人水平有限．希望能使大家对这一简单易行、有科研价值的基础观测有所了解和掌握。

高光谱观测卫星及应用前景

介绍了我国高分辨率对地观测系统重大专项中第一颗实现高光谱分辨率观测的高光谱观测卫星(GF-5)卫星及其应用前景。该卫星设计运行于高度705km的太阳同步轨道,装载可见短波红外高光谱相机、全谱段光谱成像仪、大气主要温室气体监测仪、大气痕量气体差分吸收光谱仪、大气气溶胶多角度偏振探测仪、大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪共6台有效载荷。卫星的光谱分辨率高且谱段全,具备高光谱与多光谱对地成像、大气掩星与天底观测、大气多角度偏振探测、海洋耀斑观测等多种观测模式,获取从紫外至长波红外(0.24~13.3μm)高光谱分辨率遥感数据;数据辐射分辨率高,载荷的光谱分辨率最高0.03cm-1,具备在轨定标功能,绝对辐射定标精度优于5%,光谱定标精度最高0.008cm-1;长波红外空间分辨率高;高码速率数传;高可靠长寿命设计。卫星入轨后将在环境综合监测、国土资源调查和气候变化研究等方面发挥重要作用。其典型应用有陆表环境综合观测、陆表局地高温及城市热岛效应监测、矿物填图、大气成分全球遥感监测和大气污染气体监测等。

GPS无线电掩星资料特点

正GPS(Global Positioning System)指全球(卫星)定位系统,最初的设计是为了美国军方的精确定位,于1980年代与1990年代早期开始应用。GPS共由距地球表面约20200km高度的6个轨道上运行的24颗卫星组成,这些卫星以2个L波段频率(f1=1.57542GHz,f2=1.22760GHz)持续发射电磁波。GPS为将无线电掩星(Radio Occultation)技术应用到地球大气领域提供了基础。

地基火星反演技术中的掩星坐标系

我国开展的火星探测萤火计划(YH-1)的研究中,用地基掩星观测反演火星大气是其中一个重要的组成部分。由于各种观测资料处于日心和火星坐标系中,不易利用和处理。本文通过矩阵变换建立掩星坐标系,把原始的观测资料统一到同一个坐标系中,为掩星数据的分析处理提供了技术准备。