GNSS无线电掩星电离层反演技术现状与展望

回顾了GNSS无线电掩星电离层反演的不同方法和应用实例,并针对存在的问题和今后的研究方向进行了探讨和总结。     

GNSS大气掩星电离层修正方法研究

对四种主要的电离层修正方法的修正效果进行了对比分析,理论及模拟分析结果表明：由于对伪距的测量精度较低,简单的单频电离层修正法误差较大,一般只对单频接收机或者载波L2的观测数据缺失或质量较差时应用;在双频电离层修正方法中,相位线性组合法由于没有考虑电离层色散引起的电波路径差别,修正效果不如另外几种双频修正方法,多在地面导航中进行高仰角观测时应用。弯曲角线性组合法的修正效果最好,优于其他电离层修正方法。     

无线电掩星反演大气温度的电离层影响

利用掩星的附加相位延迟数据,对标准的几何光学大气反演算法进行了研究。探究电离层的电子密度对温度反演的影响,按照标准的几何光学反演算法得到的干温度与无线电探空仪数据的平均相对误差小于5%。将经过两种方法电离层修正后反演得到的温度与CDAAC的数据进行了对比,实验证明电离层残差对温度反演的影响随着高度的增加而增大,在25km以上是造成温度反演误差的主要因素,弯曲角电离层修正法要优于相位电离层修正法。     

GPS掩星大气探测中弯曲角电离层残差仿真研究

介绍GPS掩星技术在气候监测和数值天气预报中的应用及其电离层误差改正的研究现状。弯曲角双频线性组合电离层改正法是目前应用最广泛的掩星电离层误差改正方法,而对弯曲角电离层残余误差鲜有研究。本文用MSIS90大气模式和3DNeUoG电离层模式模拟背景大气,用射线追踪法初步仿真研究了弯曲角电离层残差。研究表明:弯曲角电离层残差随太阳活动强度增加而增大;北半球中纬度夏天午后掩星事件的弯曲角电离层残差可达到1.8 urad。     

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。     

GNSS掩星探测大气算法及误差分析

简要概述了GNSS掩星探测大气的发展历史与国内外的研究现状;详细叙述了无线电掩星反演大气参数的基本原理,主要包括几何光学下的相位反演,中性大气层、电离层、振幅的反演,分辨率的定义以及无线电掩星技术系统与标准算法和误差分析;并针对该技术的一些特点,指出了若干尚需深入解决的问题;最后展望无线电掩星观测技术在数值天气预报(NWP)等领域的发展。     

COSMIC掩星观测数据反演电离层电子密度廓线

利用COSMIC掩星观测数据,将Abel积分方法和“洋葱分层”反演方法反演得到的电子密度廓线与传统电离层观测方法的观测结果进行了对比。结果表明,通过两种反演方法计算得到的电子密度廓线与垂测仪的结果在整体趋势和结构上符合得较好,反演计算得到的foF2与垂测仪的观测结果有较高的一致性,但hmax仍存在较大的误差。     

GNSS掩星探测大气的研究现状及进展

与传统的无线电探空、雷达探测等手段相比,GNSS掩星技术为大气探测提供了一个强有力的工具,其具有无校准、全天候、精度高、垂直分辨率高、全球均匀覆盖等特点.介绍了利用GNSS掩星技术获取地球大气温、压、湿等相关参数大小的研究现状.同时,提出了GNSS掩星技术在气候研究领域的发展方向,将拓宽GNSS掩星技术在全球气候变化研究中的应用.     

GNSS掩星探测大气的研究现状及进展

与传统的无线电探空、雷达探测等手段相比,GNSS掩星技术为大气探测提供了一个强有力的工具,其具有无校准、全天候、精度高、垂直分辨率高、全球均匀覆盖等特点。介绍了利用GNSS掩星技术获取地球大气温、压、湿等相关参数大小的研究现状。同时,提出了GNSS掩星技术在气候研究领域的发展方向,将拓宽GNSS掩星技术在全球气候变化研究中的应用。     

掩星大气反演中的电离层二阶项效应的分析

以MSIS90大气模型、3D NeUoG电离层模型和IGRF11地磁场模型为基础,用三维射线追踪法模拟了无线电掩星中电离层二阶项残差的变化,研究了其在不同太阳活动强度、不同地方时、不同方位角下的变化,以及在全球的分布特征。结果表明,二阶项残余误差通常在亚cm级水平,但在较高太阳活动水平下,或当掩星发生地位于中低纬度地区,掩星方位角约为0°或180°时,二阶项残余误差可达到cm级,而且在全球分布呈现出“三峰”结构。     

单颗LEO卫星轨道参数对GPS掩星事件分布和数量影响的模拟研究

针对利用LEO星载GPS接收机对GPS卫星进行掩星观测的任务,在建立LEO卫星轨道模拟系统的基础上,考虑卫星几何关系和天线视场的情况下,对掩星事件进行了模拟。分析了对于单颗LEO卫星,掩星事件的分布和数量随着LEO轨道参数包括轨道升交角距、升交点赤经、轨道高度和倾角而变化的规律,并得出了相应结论     

利用掩星技术研究南极地区顶部电离层特性

掩星观测能够提供地面到低轨卫星轨道高度处的整个电离层电子密度剖面,对于顶部电离层的研究有重要的作用。本文利用COSMIC(constellation observing system for meteorology ionosphere and climate)掩星数据反演了电子密度剖面,提取了F₂层峰值高度(hmF2)、F₂层峰值密度(NmF2)、垂直标尺高(vertical scale height,VSH)等电离层参数,研究了南极地区的F₂层在太阳活动周期内的变化、年际变化、周日变化等,并且重点分析了南极地区的顶部电离层的垂直结构特征,尤其是威德尔海异常在垂直方向上的变化。结果表明,整个南极的hmF2每日均值在250~300 km左右,NmF2每日均值在1~8×10¹¹ el/m³之间,VSH每日均值在100~250 km,威德尔海异常主要表现在顶部电子密度的增强和底部电子密度的减少。     

联合GNSS/LEO卫星观测数据的区域电离层建模与精度评估

高精度的电离层模型对于提高导航卫星系统的定位精度具有重要意义.低轨卫星的快速发展为建立高精度的电离层模型提供了新的契机.基于仿真数据模拟获得2017年1月1日-30日LEO (low earth orbit)和GNSS(global navigation satellite system)卫星观测数据,星座类型包括60...     

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.     

不同季节GPS掩星廓线精度的比较研究

以1a的探空资料为参照,对南半球4个不同季节COSMIC掩星观测的折射指数、温度及气压廓线在0～30km高度区间的精度进行了分析。结果表明,虽然就整个高度区间平均而言,春季掩星廓线的精度最差,但不同高度区间掩星廓线的精度差别较大。无论折射指数、气压还是温度,掩星廓线在5～25km区间的精度都优于0～5km与25～30km区间。在0～5km的低对流层,由于水汽的影响,夏季的折射指数廓线精度最低;冬季则最高。在5km以上,夏季气压廓线的精度比其他季节高。不同季节各高度层掩星温度廓线的精度则无显著差异。