利用FY-3C折射率对大气边界层高度的反演与分析

2013年中国发射了首颗进行全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)掩星观测的气象卫星风云3号C星(Fengyun-3C,FY-3C),且已发布自2014年6月以来的FY-3C掩星大气产品,但目前还未见将其应用于大气边界层的相关研究。首次尝试利用FY-3C折射率产品确定边界层高度并进一步进行空间分布分析。结果表明,在小波协方差变换法基础上,进行尖锐度约束,能够确定FY-3C掩星低层大气折射率廓线中可能存在的突变,反演边界层高度。所得到的2015―2018年各年边界层高度全球分布在不同纬度及海洋和陆地上的差异基本体现了边界层与地表气候及地形的关系,但FY-3C折射率产品在低层大气的精度和垂直分辨率相对较低。因此,反演成功率总体上较低,反演结果对边界层高度空间分布细节特征的呈现仍有待提升。     

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。     

奥斯特/GPS掩星与地面雷达联合观测电离层电子密度的初步结果

1999年2月丹麦发射了一颗奥斯特小卫星,它装载了两台GPS接收机,其中一台用于电离层和中性大气掩星测量,另一台用于自主定位。本文给出了1999年10月奥斯特/GPS掩星与日本MU雷达和数字测高仪的联合观测结果。奥斯特掩星反演得到的电子密度剖面与地面雷达观测的进行了比较,结果表明:天基和地基雷达观测的电子密度是一致的。文章还给出利用GPS的单频信号反演电离层电子密度剖面技术和3维射线追踪技术模拟掩星结果。     

奥斯特／GPS掩星与地面雷达联合观测电码离层电子密度的初步结果

1999年2月丹麦发射了一颗奥斯特小卫星,它装载了两台GPS接收机,其中一台用于电离层和中性大气掩星测量,另一台用于自主定位,本文给出了1999年10月奥斯特/GPS掩星与日本MU雷达和数字测高仪的联合观测结果。奥斯特掩星反演得到的电子密度剖面与地面雷达观测的进行了比较。结果表明：天基和地基雷达观测的电子密度是一致的。文章还给出利用GPS的单频信号反演电离层电子密度剖面技术和3维射线追踪技术模拟掩星结果。     

不同GPS掩星电离层剖面产品相关性分析

将在一定时空限定范围内的不同低轨卫星COSMIC、GRACE、CHAMP、FY3C的电离层掩星电子密度剖面定义为一个掩星对来对比分析不同类型掩星电离层产品。结果表明：COSMIC掩星对之间的电子密度剖面整体轮廓符合得很好，电子密度剖面主要在250 km以下和500 km以上存在较大的偏差，250~500 km的电子密度整体偏差较小，统计得到的COSMIC掩星对的电子密度参量NmF2和hmF2的相关系数能分别达到0.99和0.97，具有高度相关性，不同COSMIC卫星之间没有明显的系统误差；COSMIC、GRACE、CHAMP和FY3C不同低轨卫星间的电子密度剖面略有差异，通过统计电子密度参量NmF2和hmF2之间的相关系数，COSMIC和CHAMP的相关系数分别为0.95和0.86，COSMIC和GRACE的相关系数分别为0.98和0.94，COSMIC和FY3C的相关系数分别为0.96和0.92，不同掩星类型之间的电子密度参量之间也具有高度相关性，验证了不同卫星任务GPS掩星电离层剖面的一致性。     

地基GPS与掩星联合的电离层层析成像方法研究

由于有限视角、稀疏布站等原因,地基G PS电离层层析成像存在垂直分辨率不高的问题,联合掩星进行电离层层析成像是一个重要的解决途径。一方面地基G PS观测能保证电离层层析成像的时间连续性和区域覆盖性;另一方面由于掩星信号能够提供地基G PS没有的水平射线信息,提升了电离层层析成像的垂直分辨率水平。利用地基GPS站与COSMIC卫星的掩星观测进行的仿真结果表明：与仅利用地基G PS相比,联合掩星进行电离层层析成像,不仅在电离层电子密度反演精度方面有明显提升,而且在电离层F2层峰值高度（hm F2）和电离层总电子含量（T EC ）的精度方面同样有明显提高。     

星基反演TEC与地基GNSS TEC数据融合可行性分析

卫星测高、DORIS(Doppler Orbitography and Radio-positioning Integrated by Satellite)和无线电掩星等星基观测技术具有不受地表形态限制的全球观测范围,能够作为地基全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)电离层反演在海洋区域的补充观测。然而星基观测电离层高度范围仅限于低轨卫星轨道面以下,无法覆盖整个电离层高度范围,因此不能直接用于与地基GNSS反演的电离层总电子含量(total electron content, TEC)格网融合。针对DORIS观测反演的相对斜向总电子含量(slant total electron content,STEC),以全球电离层TEC格网(global ionosphere maps total electron content, GIM TEC)为基准,采用整体偏移方法将两者归算至统一观测尺度上;而卫星测高和GNSS掩星电离层产品则选取国际GNSS服务(International GNSS Service, IGS)组织提供的全球电离层TEC格网中均方根(root mean square, RMS)误差小于2 TECU的区域作为基准,采用2014年1月份低轨卫星观测值反演的TEC和GIM TEC数据进行对比,统计Jason-2和COSMIC(Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate)卫星反演的TEC与GIM TEC之间基于比例因子的函数关系,并将不同的观测手段归算到统一的观测尺度上,对比归算前后的TEC产品差异。并根据反演产品附近的全球定位系统(Global Positioning System,GPS)电离层穿刺点数量进行分类,验证星基电离层反演精度的有效性。对比结果显示,卫星测高、DORIS和掩星3种星基技术归算后的TEC产品与GIM TEC的匹配度在地基观测密集区域均能达到较好的符合度,而在地基观测不足区域符合度存在明显差异。考虑星基观测精度不受地域限制的特性,可认为该海洋区域的差异是由于星基观测在海洋区域观测精度比地基GNSS观测精度更高,星基观测反演的电离层TEC产品可作为海洋地区地基电离层TEC观测的有效补充。     

FY-3C无线电掩星折射率廓线的反演及验证

2013年,中国发射了首颗进行全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)无线电掩星观测的气象卫星FY-3C,其掩星数据产品已由国家卫星气象中心(national satellite meteorological center,NSMC)发布.基于FY-3C附加相位...     

LEO星座参数对GPS掩星数量和时空分布影响的模拟研究

利用低地球轨道LEO(Low Earth Orbit)卫星上的星载接收机对GPS卫星进行掩星观测反演地球的大气性质,对于气象学和大气研究具有重要意义.与单颗LEO卫星相比,由多个卫星组成的LEO星座观测到的掩星事件在时空分辨率和数量上都有很大的提高.考虑特定的区域,采用数值模拟方法,对不同卫星数和不同星座参数k的玫瑰型星座在一天内所观测的掩星事件的数量和分布进行比较分析,得到相应结论.研究成果对实际发射LEO星座时相关参数的选取具有参考价值.     

Swarm低轨卫星星座的GPS接收机差分码偏差估计

差分码偏差(differential code bias,DCB)是指由全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)信号接收和发射硬件导致的频率相关的偏差项,对电离层估计有显著的影响,在利用GNSS观测数据提取电离层总电子含量时需要被精确修正,研究利用低轨卫星的星载GNSS观测数据估计DCB尤为重要。使用Swarm星座3颗卫星GPS接收机2016年1月的双频观测值,设计了独立估计和联合估计两种估计方案,采用附加限制条件的间接平差方法对GPS卫星以及星载接收机的DCB进行估计。以中国科学院和德国宇航中心的DCB产品作为参考,分析了两种估计方案的精度和稳定性,相较于独立估计方案,联合估计方案得到的GPS卫星DCB的稳定性较独立估计方案提高了16.6%,且与参考DCB具有更好的一致性。     

中国区域COSMIC数据掩星反射信号特征分析

掩星信号在传播过程中能够在地球表面发生反射,其反射信号中的低层大气信息在改进天气预报精准度和气候监测等方面存在很大的应用价值.基于COSMIC(constellation observing system for meteorology,ionosphere and climate)掩星廓线资料,提取了 2011-20...     

风云三号D卫星GPS信号功率调整及干扰分析

全球定位系统(global positioning system,GPS)卫星的IIR和IIF卫星能够在各个信号分量之间重新分配其发送信号的功率,一个或多个GPS信号可以在指定区域根据需要进行功率调整或者关闭。分析GPS信号的变化特征对于地面和空间应用有重要的意义。风云三号D(FengYun-3D,FY-3D)卫星是中国极轨气象卫星之一,利用FY-3D卫星实际测量数据可以帮助GPS用户全面了解GPS功率调整的特点。首先,利用FY-3D运行轨道全球覆盖的特点分析GPS信号的强度,特别是GPS信号功率调整时间段信号变化的特点;然后,使用在轨数据研究了全球范围L波段信号干扰的特征,得到了干扰对全球导航卫星系统掩星探测仪掩星天线的自动增益控制和基底噪声的影响。结果表明：从2020-02-14开始的GPS功率调整以[35°N,37°E]和[35°N,69°E]为中心,覆盖半径约为7 500 km,在该区域内GPS P(Y)码功率增加约10 dB;GPS L1和L2频段在中东地区持续受干扰的影响,该区域的基底噪声比其他区域增加约3～10倍;干扰区域中心点和GPS功率调整区域中心点大致在同一位置。G...     

风云三号D星天基BDS实时定位性能分析

随着北斗三号卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system-3, BDS-3)开始向全球提供导航服务,独立使用BDS为在轨运行的卫星提供全球覆盖、全时段的定位服务成为可能。结合风云三号D星(FengYun-3D, FY-3D)全球卫星导航系统掩星探测仪(global navigation satellite system occultation sounder, GNOS)的真实在轨数据对天基BDS的定位性能进行了详细的分析。首先,使用BDS真实广播星历计算了在不同轨道高度下的可见卫星数和定位精度因子（position dilution of precision, PDOP）,并结合精密星历分析了广播星历的轨道误差、时钟误差及空间信号测距误差(signal-in-space range error, SISRE)。仿真结果表明,在95%的置信水平下,从地面到2 000 km的轨道高度,BDS在全球范围内最小可见卫星数为6,最大PDOP小于5,星座可用性已经达到100%,全球平均可见卫星数BDS比GPS(global positioning syste...     

北斗三号系统信号质量分析及轨道精度验证

北斗三号卫星导航系统（BeiDou-3 navigation satellite system,BDS-3）的信号体制经过重新设计,提供B1I、B3I、B1C、B2a以及B2b 5个频点的公开服务信号。从伪距多路径、信噪比、无几何无电离层相位组合（geometry-free ionosphere-free phase combination,GFIFP）观测值特性等方面,对BDS-3卫星公开服务信号的观测数据质量进行分析评估。结果表明,BDS-3卫星信号的多路径噪声水平优于北斗二号系统卫星,且未发现与高度角相关的系统偏差,B1C受多路径及噪声的影响更为显著;不同信号组合的GFIFP序列都呈现出与卫星相关的周期性系统误差,峰值约为2 cm。对BDS-3卫星采用“一步法”精密定轨,分别采用B1I&B3I与B1C&B2a的双频无电离层组合,使用轨道边界不连续性以及卫星激光测距进行轨道精度检核,结果表明,在可用观测数少于B1I&B3I的情况下,B1C&B2a解算的轨道精度达到与B1I&B3I相当的水平,轨道径向的内符合精度分别为6.1 cm、6.6 cm...     

不同反射天线覆盖和安装条件下星载GNSS?R关键参数的仿真分析

以风云三号（Fengyun 3, FY3）E星（FY3E）全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)掩星探测仪Ⅱ型(the Ⅱ generation of GNSS occultation sounder, GNOSⅡ)的星载GNSS的反射信号(GNSS reflectometry, GNSS-R)遥感场景为例,使用GNSS-R端到端性能模拟器软件,在不同反射天线覆盖（即不同天线波束宽度）和不同安装条件（包括安装天线法向不同的倾斜角度和倾斜方向）下,对可观测镜面反射点(specular point, SP)平均数量、SP最大数量、平均路径损耗、近地轨道(low Earth orbit, LEO)处反射信号入射角和SP处反射信号反射角等物理参量进行了仿真模拟,分析了各GNSS-R仿真参量与天线倾斜角度、倾斜方向和波束宽度之间的数值变化关系;并结合雪花图方法,进行了整体视角的分析。结果表明,天线波束宽度对各仿真参量的影响最大,倾斜角度次之,倾斜方向的影响最小,且天线波束宽度与SP数量成正比,与能量损耗成反比,天线设计需考虑各影响因素的平衡。     

BDS-3/GNSS非组合精密单点定位

北斗三号卫星导航系统（BeiDou-3 navigation satellite system,BDS-3）全球组网工作全面建成,标志着BDS-3迈入全球定位、导航和授时服务的新时代。为了全面比较BDS-3系统与其余全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）非组合精密单点定位（precise point positioning,PPP）性能,重点分析不同分析中心BDS-3精密轨道和钟差产品的一致性、BDS-3/GNSS卫星可用性、BDS-3/GNSS单系统及多系统融合PPP定位性能。结果表明,基于5个分析中心的精密轨道和钟差产品,BDS-3静态PPP三维均方根误差约为2.31~4.00 cm,其单系统收敛时间明显慢于其余GNSS系统,GPS系统的加入对BDS-3/GNSS双系统融合PPP改善效果最为明显,且四系统融合能够有效地缩短收敛时间,并提高动态PPP定位精度。随着BDS-3系统的发展以及轨道和钟差产品的进一步完善,BDS-3同样具备其余GNSS系统提供优质导航定位服务的潜力。     

小型化LEO星座与BDS-3全星座联合定轨仿真

受限于区域监测站及地球静止轨道(geosynchronous earth orbit,GEO)卫星的静地特性,北斗卫星导航系统(BeiDou satellite navigation system,BDS)定轨精度较差,加入低轨卫星(low earth orbit,LEO)星载数据可显著提升定轨精度.使用一种由24颗L...