GNSS-R DDM波形仿真的时延与多普勒间隔研究

DDM波形是GNSS-R技术用于反演地球物理参量的基本观测量,其仿真结果的可靠性直接影响GNSS-R的理论研究及项目工程参数设计。利用GREEPS仿真软件分析了时延间隔与多普勒间隔对DDM波形仿真结果可靠性的影响,得到了用于获取可靠DDM仿真波形的时延与多普勒间隔参数。研究表明,时延和多普勒间隔越小,DDM仿真波形与理论波形吻合度越高;当时延间隔取1/16个GPS L1 C/A码元、多普勒间隔取50 Hz时,DDM仿真波形与理论波形几乎完全吻合,二者的相关系数大于0.99;时延间隔对DDM仿真波形峰值位置的影响远大于对峰值信噪比的影响;而多普勒间隔对DDM仿真波形峰值位置与信噪比的影响相当。     

地基GNSS VTEC约束的大气掩星电离层误差修正方法

介绍了一种考虑电离层沿GNSS掩星射线路径分布不对称且兼顾一阶和二阶项的大气掩星电离层误差修正新方法,它综合地基GNSS VTEC的水平变化信息和电离层模式的垂直变化信息,在沿"入射线"与"出射线"双边局部球对称假设下,估算GNSS掩星射线路径上的电子密度;进而计算一阶和二阶项弯曲角电离层误差廓线.采用太阳活动低年的2008年7月15日和太阳活动较高年的2013年7月15日两天的MetOp-A和GRACE掩星观测资料和IGS的GNSS VTEC数据,计算了GNSS大气掩星弯曲角一阶和二阶项电离层误差廓线.对比分析表明：新方法经验模型和理论模型的二阶项弯曲角电离层残差,以及经验模型与实测数据的一阶和二阶项弯曲角电离层误差均具有良好的一致性,因此该方法可用于L2信号数据质量较差或L2信号中断的掩星事件,同时修正大气掩星一阶和二阶电离层误差,从而提高弯曲角精度和掩星观测资料的利用率.     

北斗卫星在轨原子钟稳定性分析

使用IGS MEGX发布的北斗卫星精密钟差数据,利用哈达玛方差公式对目前所有在轨健康北斗卫星钟的稳定性进行分析。结果表明,北斗卫星钟在1 a的跨度内比较稳定;其300 s稳定性量级为10-13,但是各颗卫星并不完全相同;北斗卫星钟与GPS卫星钟的稳定性对比显示,北斗卫星钟稳定性介于GPSⅡR-M与GPSⅡF上搭载的铷钟之间。     

电离层干扰对GPS掩星弯曲角和温度精度的影响

以MSIS90大气模式和3DNeUoG电离层模式为背景大气,仿真模拟了电离层暴、电离层行扰和电离层槽对GPS掩星弯曲角电离层残差及温度精度的影响。结果表明,在太阳活动活跃期,弯曲角电离层残差在35~50km高度范围内可达1.5μrad,其标准差可达0.9μrad;在15~35km高度范围内可达4μrad,其标准差可达1.4μrad。电离层暴和电离层槽可使弯曲角电离层残差标准差增大20多倍;电离层行扰可使弯曲角电离层残差标准差增大数倍。电离层干扰引起的电离层残差可使15~35km高度范围内温度反演误差高达8K,这样的温度误差会对掩星观测的日平均温度和月平均温度产生显著影响。因此,需要发展新的电离层修正方法;在掩星气候监测中,需加强电离层监测,并结合监测结果剔除电离层干扰误差。     

LEO-LEO掩星探测频点选择分析与仿真研究

LEO-LEO低轨掩星探测是高效的地球大气层探测技术,探测频率的选择是掩星探测计划的重要环节。首先,详细分析水的复介电常数与频率之间的关系,以及大气中水汽和氧气分子对电波的衰减情况,得出10~30 GHz适合作为LEO-LEO掩星的探测频段;其次,在可行探测频段范围内选择3个探测频点进行仿真研究,给出120次LEO-LEO掩星事件的温、压、湿廓线及对应的误差廓线图,并将仿真结果与标准大气模式对比:大气压力最大相对偏差为0.5%,温度最大标准偏差为0.8K,湿度最大标准偏差为0.47 g·kg~(-1),达到LEO-LEO掩星探测的精度要求;得出14.6GHz、17.4 GHz和22.6 GHz适合作为LEO-LEO掩星探测的频点,为LEO-LEO掩星探测频率的选择提供了参考。所得结论对进一步发展LEO-LEO掩星探测计划,提高大气探测精度具有重要的科学意义。     

风云卫星的掩星干大气温度廓线精准度特征

风云三号气象卫星C星/D星/E星的掩星接收机接收GPS和北斗导航卫星信号,形成掩星事件,进而反演得到大气温度廓线。利用2016—2022年FY-3C/3D/3E GPS和北斗掩星干大气温度廓线,通过与ERA5再分析资料对比,分析掩星干大气温度的精准度特征。结果表明：掩星干大气温度廓线在200 hPa至20 hPa间精度最高,标准偏差约为1 K,且GPS与北斗掩星的误差特征相近。在稳定度方面,FY-3C GPS掩星干大气温度平均偏差线性变化趋势为-0.0055 K·a-1,与国外同类掩星资料稳定性相当。因2021年初掩星天线多径效应订正,FY-3D GPS掩星干大气温度与ERA5再分析资料的平均偏差出现明显跳变,平均偏差值从-0.154 K降为-0.007 K, 负偏差显著减小。总体上,FY-3C GPS掩星干大气温度廓线长序列稳定度较好,北斗掩星干大气温度廓线精度能够达到或优于GPS,风云极轨卫星序列的GPS和北斗掩星在长序列稳定性上具有良好的应用前景。     

低轨卫星星载GNSS反射事件模拟分析

基于低轨（low earth orbit,LEO）卫星星载GNSS反射事件的数学判据,分别用BDS、GPS、Galileo、GLONASS和4系统耦合GNSS星座模拟信号源,仿真分析了LEO卫星轨道高度、轨道倾角、下视天线视场角等参量对反射事件数量和时空分布的影响;进而研究了用上述4大GNSS系统进行GNSS反射信号遥感技术（GNSS reflectometry,GNSS-R）探测对接收机通道数量的需求。统计结果表明:LEO卫星轨道越高,天线视场越大,反射事件越多,镜面反射点分布越稠密;轨道倾角越小,反射事件镜面点越趋于赤道地区分布;GNSS-R接收机所需通道数随LEO卫星轨道高度和下视天线视场范围增大而增加;而LEO卫星轨道倾角变化对通道数需求影响不明显。研究结果对GNSS-R低轨卫星系统设计具有一定的理论参考价值。     

电离层残差对掩星反演温度精度的影响

本文以MSIS90大气模式和3D NeUoG电离层模式为大气背景,用三维射线追踪法模拟研究了太阳活动强度、地方时、掩星平面方位角对弯曲角电离层残差和温度电离层残差的影响,以及电离层残差对全球日平均温度的影响.结果表明：电离层残差是平流层顶部（35~50 km）和中间层底部（50~70 km）掩星大气温度反演的主要误差.在太阳活动活跃期,电离层残差对单一掩星事件的平流层顶部平均温度的影响可达1.8 K,中间层底部平均温度的影响可达7 K;对全球日平均温度的影响在平流层顶可达-0.6 K,在70 km高度处可达1.2 K.发展新的电离层改正方法或电离层残差修正算法对提高掩星大气反演精度和全球气候监测意义重大.     

地基GNSS VTEC约束的大气掩星电离层误差修正方法

介绍了一种考虑电离层沿GNSS掩星射线路径分布不对称且兼顾一阶和二阶项的大气掩星电离层误差修正新方法,它综合地基GNSS VTEC的水平变化信息和电离层模式的垂直变化信息,在沿"入射线"与"出射线"双边局部球对称假设下,估算GNSS掩星射线路径上的电子密度;进而计算一阶和二阶项弯曲角电离层误差廓线.采用太阳活动低年的2008年7月15日和太阳活动较高年的2013年7月15日两天的MetOp-A和GRACE掩星观测资料和IGS的GNSS VTEC数据,计算了GNSS大气掩星弯曲角一阶和二阶项电离层误差廓线.对比分析表明：新方法经验模型和理论模型的二阶项弯曲角电离层残差,以及经验模型与实测数据的一阶和二阶项弯曲角电离层误差均具有良好的一致性,因此该方法可用于L2信号数据质量较差或L2信号中断的掩星事件,同时修正大气掩星一阶和二阶电离层误差,从而提高弯曲角精度和掩星观测资料的利用率.     

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。