GPS掩星数据反演中的地球扁率影响改正

采用CHAMP实测轨道数据和MSISE-90经验干大气模型，分别将地球作为圆球和椭球，前向模拟了附加相位延迟，然后对模拟数据进行反演。通过不同方案下反演温度廓线与大气模型温度廓线的比较，发现实测掩星数据的反演中，忽略地球扁率影响会给温度反演结果带来较大的误差；而采用相应方法对地球扁率影响进行改正后，温度廓线的误差明显减弱，从而证明了改正方法的正确性。     

上边界的选取对GPS掩星反演结果影响的分析

介绍利用GPS掩星数据反演大气参数的方法。对GPS/MET和CHAMP数据不同上边界和统计优化方法的反演结果进行研究和分析,并与UCAR,GFZ网上公布的结果进行对比,指出合理的上边界条件。     

香港地区大气加权平均温度建模与研究

在地基GPS水汽反演过程中,针对因大气加权平均温度的精度而影响大气可降水量计算结果精度的问题,文中采用回归分析方法对香港地区2006-2016年的探空数据进行研究,构建适用于香港地区的单因子以及多因子两种大气加权平均温度计算模型．并使用两种模型分别预测2017年加权平均温度,与多种经验公式结果以及真值进行对比,单因子和多因子模型与真值的偏差在－5 ～5 K范围内分别占比80.72％和85.26％,明显优于其他经验公式;且按季节分别建模对大气加权平均温度计算结果的精度并没有明显提高,但按昼夜分别建模能够使计算结果的精度得到明显的提高．因此为了能够使水汽反演计算时的精度得到提升,应当使用当地多年的探空气象资料构建适用于当地的加权平均温度计算模型,对于提高GPS反演大气水汽总量的精度具有重要意义.      

劈窗和单窗算法对泰安市热岛效应分析的适宜性研究

为了探讨特定城市在热岛效应中的地表温度反演的有效方法,本文分别基于TM与MODIS影像并采用了目前较为成熟的单窗和劈窗算法对泰安市的地表温度进行反演,将泰安市各气象观测站的实测温度数据与两种算法的温度反演结果进行验证,通过反演结果对比分析,证明劈窗算法精度更高。并且,采用10年间的多期MODIS影像对泰安市热岛效应分析的劈窗算法的可行性和优势进行了普适性验证。实验结果证明,针对处于山区且地势起伏较大的泰安地区,劈窗算法能较好地减弱或消除上空大气含水量高对温度反演的影响,同时还能更好地获取地表比辐射率和大气透过率,而且反演温度的分布规律也符合研究区地貌和类型要素特征。最后,本文就分析结果给出了泰安市产生热岛效应的主要原因,并认为该区域城市化过程中的城市热岛效应正在进一步加剧。     

近地表大气逆温条件下的地表温度遥感反演与验证

为了减少近地表大气逆温对地表温度遥感反演精度的影响,提出在晴空的地表温度"通用劈窗算法"模型中增加一个温度改正项来实现。在建立该误差改正项时,利用正常条件下的通用劈窗算法系数和具有不同逆温强度的逆温廓线,并结合大气辐射传输模型MODTRAN计算,得到近地表大气逆温条件下的地表温度反演误差,并在分析了该误差值与相应的逆温强度的关系后,发现该温度改正项可以表示为近地表大气逆温强度的二次项函数。为了进一步提高地表温度的反演精度,将地表温度和大气水汽含量进行分组,分别针对每个分组来确定温度改正项方程的系数。模拟结果表明,在逆温强度为1.7 K/100m时,该温度改正项可以使地表温度的反演精度提高0.44 K。利用内蒙古海拉尔试验站的实测数据对地表温度反演结果进行了验证,在近地表大气存在逆温的条件下,该方法能提高地表温度的遥感反演精度0.47K。但是,由于本文提出的方法需要已知大气温度廓线来计算大气逆温强度,因此在实际应用中该方法受到了一定的限制。     

利用MODIS红外资料反演大气参数以及表层温度的研究

提出了用牛顿非线性迭代法同时反演大气参数和表层温度,该反演算法应用到我国渤海地区MODIS红外资料中,可反演得到中尺度范围内的大气温度、水汽廓线,其误差分别不超过1.5 K和18%.反演得到的表层温度、大气可降水量(TPW)和大气稳定度(TTI)与美国国家宇航局(NASA)MOD07产品相似.     

温度与气压反演结果的分析

介绍低轨卫星计划的发展情况及温度和气压的反演过程,讨论和分析CHAMP掩星数据采用不同上边界高度反演的温度值。结果表明:上边界高度值越大,反演的温度阔线精度越高;上边界高度值越小,模型误差对温度和气压反演精度影响越大。     

利用地球重力场模型计算CHAMP卫星参考轨道

结合CHAMP卫星观测数据的动力法反演,研究了CHAMP卫星参考轨道的数值方法.分别通过利用40～50阶重力位系数模型计算轨道,并与业已公布的卫星轨道数据进行比较,结果表明, CHAMP(低轨)卫星轨道对重力场低频部分的敏感度较大,考虑低阶(40阶左右)重力场模型计算的卫星参考轨道精度较高.     

利用地球重力场模型计算CHAMP卫星参考轨道

结合CHAMP卫星观测数据的动力法反演，研究了CHAMP卫星参考轨道的数值方法。分别通过利用40～50阶重力位系数模型计算轨道，并与业已公布的卫星轨道数据进行比较，结果表明，CHAMP(低轨)卫星轨道对重力场低频部分的敏感度较大，考虑低阶(40阶左右)重力场模型计算的卫星参考轨道精度较高。     

地表温度反演方法

选用分裂窗算法,采用两因素模型对吉林省西部MODIS数据进行了连续3年的地表温度反演。通过对MODIS数据波段选取,分别计算星上亮度温度,采用基于植被指数与地表分类相结合的方法得到地表比辐射率,根据MODIS数据计算得到大气水汽含量,利用大气辐射传输模型得到大气透过率,最后,通过分裂窗算法模型反演出地表温度。实验结果表明,该方法能够获得较合理的地表温度反演结果,对农业旱灾动态监测具有一定应用价值。     

单站地基GPS天顶延迟反演大气剖面研究

基于一定的大气折射率剖面模型和搜索方法,可以由GPS天顶延迟反演大气折射率剖面。利用上海气象站的探空数据和上海IGS站的GPS数据,对基于单站地基GPS天顶延迟的大气折射率剖面反演方法进行了验证。结果表明,根据目前处理得到的天顶延迟,反演剖面与实际剖面吻合较好。     

利用GPS掩星资料反演地球中性大气参数折射角方法研究

对利用GPS掩星资料反演地球中性大气参数的原理作了简要介绍，在此基础上对消除电离层影响的改正方法、Abel反演积分上限的确定、上边界测量折射角的优化方法进行了探讨。针对UCAR的Level2数据，在数据预处理工作的基础上，利用特定掩星事件的数据进行了反演计算，并对计算结果进行了分析。     

Analysis of atmospheric and ionospheric structures using the GPS/MET and CHAMP radio occultation database: a methodological review

Since 1995, the global positioning system (GPS) has been exploited by the means of the radio occultation (RO) method to obtain the vertical profiles of refractivity, temperature, pressure, and water vapor in the neutral atmosphere and electron density in the ionosphere. Applying the RO method to the study of the Earths atmosphere was demonstrated for the first time with the GPS/MET experiment. Since then, several satellites with GPS receivers, suitable for RO experiments, have been launched including Oersted, SUNSAT, CHAMP, SAC-C, and GRACE. Future RO investigations that are planned now include FORMOSAT3/COSMIC and Terra-SAR missions. New elements in the RO technology are required to meet the goals of improving the accuracy and broadening the potential of the RO method. In this paper, a methodological review of RO investigations is presented to emphasize new directions in applying the RO method: measuring the vertical gradients of the refractivity in the atmosphere and electron density in the lower ionosphere, determination of the temperature regime in the upper stratosphere, investigation of the internal wave activity in the atmosphere, and study of the ionospheric disturbances on a global scale. These new directions may be relevant for investigating the relationships between processes in the atmosphere and mesosphere, the study of thermal regimes in the intermediate heights of the upper stratosphere—lower mesosphere, and the analysis of the influence of the space weather phenomena on the lower ionosphere.     

GPS-LEO掩星探测地球大气的方法

近年来伴随导航定位技术与无线电掩星技术的结合，一种崭新的遥感地球大气的方法-Global Positioning System/Meteoroloby(GPS/NET)应运而生，该方法可以有效地探测大气温、压、湿等气象参数。本文在介绍利用GPS-LEO掩星技术探测地球大气的原理，以及反演大气参数的方法、步骤的基础上，给出了模拟掩星数据反演出的温度廓线、密度廓线及部分GPS/NET实验数据的初步反演结果。通过分析可以看出，利用掩星技术反演出的温度廓线与大气实际情况相符，并且与ECMWF、NCEP的结果吻合较好。在干空气假设条件下，近地面大气的反演结果与实际情况还存在一定误差，有待深入研究解决。     

基于星载GPS的CHAMP卫星精密简动力定轨

定轨是地球探测卫星任务顺利执行的关键。星载GPS技术提供了大量、连续的高低卫星跟踪观测,为低轨卫星精密定轨提供了技术支撑。为了确定CHAMP卫星的轨道,并分析定轨精度,利用CHAMP卫星星载GPS数据,运用零差简动力法进行精密定轨,给出了精密定轨流程。利用实际数据进行了精密定轨实验,结果与德国地学研究中心（GFZ）公布的CHAMP卫星快速轨道（RSO）进行了对比,结果显示：求解轨道可以达到厘米量级。     

由星载GPS双差相位数据进行CHAMP卫星动力学定轨

为了确定CHAMP卫星的轨道，由星载GPS数据和IGS跟踪站的GPS数据构造星地相位双差观测量，利用EOP、SGO、时间等数据，对GPS数据进行预处理，包括钟差改正、模糊度解算和周跳探测、卫星姿态改正、天线偏差和相位中心改正等，采用CHAMP卫星受力摄动模型，根据动力学原理，对CHAMP卫星进行实际定轨。与德国GFZ定轨结果PSO相比，本方法定轨结果径向精度为0．2857m。对于1d的重叠轨道，径向轨道差异的RMS为0．0958m。对于轨道端点比较，径向轨道差异平均为0．0666m。     

High Precision Orbit Determination of CHAMP Satellite

IntroductionCHAMP satellite was launched on July 15 ,2000 to study the earth gravity field, magneticfield, and at mosphere/ionosphere . CHAMPmission is managed by GeoForshungsZentrum(GFZ) Potsdam withinternational partners .In-cluding accelerometer ,star …     

GPS/INS navigation precision and its effect on airborne radio occultation retrieval accuracy

An airborne radio occultation (RO) system has been developed to retrieve atmospheric profiles of refractivity, moisture, and temperature. The long-term objective of such a system is deployment on commercial aircraft to increase the quantity of moisture observations in flight corridors in order to improve weather forecast accuracy. However, there are several factors important to operational feasibility that have an impact on the accuracy of the airborne RO results. We investigate the effects of different types of navigation system noise on the precision of the retrieved atmospheric profiles using recordings from the GNSS Instrument System for Multistatic and Occultation Sensing (GISMOS) test flights, which used an Applanix POS/AV 510 Global Positioning System (GPS)/Inertial Navigation System (INS). The data were processed using a carrier phase differential GPS technique, and then the GPS position and inertial measurement unit data were combined in a loosely coupled integrated inertial navigation solution. This study quantifies the velocity precision as a function of distance from GPS reference network sites, the velocity precision with or without an inertial measurement unit, the impact of the quality of the inertial measurement unit, and the compromise in precision resulting from the use of real-time autonomous GPS positioning. We find that using reference stations with baseline lengths of up to 760?km from the survey area has a negligible impact on the retrieved refractivity precision. We also find that only a small bias (less than 0.5% in refractivity) results from the use of an autonomous GPS solution rather than a post-processed differential solution when used in an integrated GPS/INS system. This greatly expands the potential range of an operational airborne radio occultation system, particularly over the oceans, where observations are sparse.     

CHAMP星载加速度计数据分析

利用GFZ数据中心提供的CHAMP卫星星载加速度计数据,通过坐标系转换计算得到惯性系下的非保守力加速度;研究和讨论了CHAMP星载加速度计数据特点、改正数计算和姿态数据间断的处理等问题,指出了1.0版姿态数据跳变和2004年后姿态数据间断过大而无法使用的现象,建议实际处理时不采用1.0、1.1版及2004年后的数据。通过计算表明:在1 min之内的CHAMP星载加速度数据间断可以用简单内插的方法进行处理,并且简单内插结果的精度与数据质量有关,因此要慎重使用内插数据。     

CHAMP卫星cm级精密定轨

在卫星定位导航数据综合处理软件（PANDA软件）的基础上，解算了2002年年积日126～131d CHAMP卫星的精密轨道，并通过与GFZ精密轨道的比较、GPS观测值的验后残差和SLR观测值检验等3种方式进行了轨道精度的评估。结果显示，本文的轨道精度在径向为4～5cm，切向和法向为6～8cm。