無(wú)線電掩星技術(shù)作為一種既經(jīng)濟(jì)又強(qiáng)大的探測(cè)手段,從20世紀(jì)60年代就開(kāi)始應(yīng)用于行星電離層和大氣探測(cè),至今仍是行星探測(cè)的一種重要手段。無(wú)線電掩星技術(shù)作為全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用新的增長(zhǎng)點(diǎn),也將成為21世紀(jì)最先進(jìn)的空間探測(cè)技術(shù)之一。該技術(shù)可測(cè)量電離層電子密度剖面和中性大氣氣象場(chǎng),具有覆蓋面廣、全天候觀測(cè)、長(zhǎng)期穩(wěn)定、高精度和高垂直分辨率等優(yōu)點(diǎn);該技術(shù)提供的觀測(cè)資料,將對(duì)空間環(huán)境監(jiān)測(cè)與研究、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和氣候研究具有極大的推動(dòng)作用,在空間、天文、氣象以及國(guó)防領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 本文介紹了無(wú)線電掩星技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和基本原理,圍繞電離層掩星理論和反演算法、驗(yàn)證及其應(yīng)用等開(kāi)展了諸多研究和探討,主要內(nèi)容如下: 1、介紹無(wú)線電掩星觀測(cè)模擬方法,包括軌道模擬和觀測(cè)數(shù)據(jù)模擬。 2、系統(tǒng)地研究了基于電子密度分布局部球?qū)ΨQ近似的電離層掩星反演方法,著重研究如何處理LEO軌道高度以上電離層對(duì)無(wú)線電波的影響,發(fā)展了改正TEC反演方法、利用Chapman模式和IRI模式輔助反演共三種方法來(lái)處理此問(wèn)題。統(tǒng)計(jì)比較結(jié)果表明,改正TEC反演方法是最佳的反演方法。當(dāng)非掩星側(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法獲得時(shí),利用Chapman模式和IRI模式輔助反演的精度優(yōu)于傳統(tǒng)的彎曲角指數(shù)外推方法和忽略頂部電離層影響的方法。 3、分析電離層掩星誤差源,指出電子密度分布的局部非球?qū)ΨQ性是電離層掩星的主要誤差源。通過(guò)大量模擬掩星數(shù)據(jù)反演誤差的統(tǒng)計(jì)分析,總結(jié)出以下特點(diǎn):(1)反演誤差隨太陽(yáng)活動(dòng)水平的增強(qiáng)而增大;(2)反演誤差在冬季最大,春秋季次之,夏季最小;(3)總的來(lái)說(shuō),中緯的反演誤差比低緯和高緯小;(4)不考慮季節(jié)和緯度影響,白天的反演誤差比夜間和晨昏小。 4、利用非相干散射雷達(dá)和垂測(cè)儀數(shù)據(jù),對(duì)COSMIC電離層掩星數(shù)據(jù)進(jìn)行比較驗(yàn)證。結(jié)果表明,電離層掩星電子密度剖面與非相干散射雷達(dá)探測(cè)結(jié)果符合得較好;由掩星數(shù)據(jù)得到F層峰值電子密度NmF2與垂測(cè)儀探測(cè)結(jié)果具有很好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為0.937,相對(duì)偏差的標(biāo)準(zhǔn)差為20.7%。通過(guò)分類比較發(fā)現(xiàn),COSMIC掩星探測(cè)得到的NmF2與垂測(cè)儀的相對(duì)偏差隨季節(jié)、地磁緯度、地方時(shí)變化的特點(diǎn),與模擬掩星數(shù)據(jù)反演誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果符合得很一致。 5、深入分析電子密度分布非球?qū)ΨQ性影響電離層掩星反演的機(jī)制,為電離層掩星定義了非球?qū)ΨQ因子,研究表明非球?qū)ΨQ因子與NmF2的相對(duì)誤差具有很好的線性關(guān)系,非球?qū)ΨQ因子被用于反演結(jié)果的修正,大大降低反演誤差。 6、研究三維約束的電離層掩星反演方法。采用三維經(jīng)驗(yàn)電離層模式作為約束,應(yīng)用于模擬掩星數(shù)據(jù)反演,大大降低了反演誤差,對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反演結(jié)果與垂測(cè)儀的比較表明,反演結(jié)果合理可靠。首次嘗試用球諧函數(shù)擬合,對(duì)全球分布的掩星電子密度進(jìn)行建模,再將建模結(jié)果作為約束條件用于掩星反演,結(jié)果表明,這種方法可以大幅降低反演誤差,可以應(yīng)用于將來(lái)的掩星星座觀測(cè)數(shù)據(jù)的反演。 7、利用COSMIC掩星數(shù)據(jù)分析太陽(yáng)活動(dòng)低年的電離層氣候特征。 8、對(duì)火星電離層掩星探測(cè)進(jìn)行仿真研究。研究表明,中俄聯(lián)合火星探測(cè)中,星-星掩星雙頻探測(cè)得到的火星電離層電子密度,將會(huì)達(dá)到前所未有的測(cè)量精度;星-地掩星單頻探測(cè),可以有效獲得白天火星電離層電子密度剖面。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：P125.4
【部分圖文】：

圖 2.4 掩星觀測(cè)數(shù)據(jù)處理流程圖在實(shí)際衛(wèi)星觀測(cè)中，LEO衛(wèi)星上既安裝了掩星接收機(jī)又安裝了定位接收機(jī)（或者采用掩星天線和定位天線公用一個(gè)接收機(jī)），定位接收機(jī)始終以 0.1Hz 采樣進(jìn)行觀測(cè)；未進(jìn)入掩星狀態(tài)時(shí)，掩星接收機(jī)不工作（除非為了觀測(cè)閃爍）。當(dāng)處于電離層掩星狀態(tài)時(shí)，掩星接收機(jī)以 1Hz 采樣進(jìn)行觀測(cè)；當(dāng)處于大氣掩星狀態(tài)時(shí)，掩星接收機(jī)以 50Hz（或更高采樣率）采樣進(jìn)行觀測(cè)。從衛(wèi)星下傳數(shù)據(jù)中，去除遙測(cè)信息，得到接收機(jī)的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)幀即為 0 級(jí)數(shù)據(jù)。0－1a 級(jí)數(shù)據(jù)處理：由 0 級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓，并轉(zhuǎn)化為格式化的 GPS 觀測(cè)數(shù)據(jù)，即為 1a 級(jí)數(shù)據(jù)，它是 GPS 相位和振幅數(shù)據(jù)的時(shí)間序列，包含 0.1Hz 的定位觀測(cè)數(shù)據(jù)、1Hz 的電離層掩星觀測(cè)數(shù)據(jù)、50Hz 的大氣掩星觀測(cè)數(shù)據(jù)。1a-1b 級(jí)數(shù)據(jù)處理：

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 解琨;蘭孝奇;;基于COSMIC技術(shù)的震前電離層異常研究[J];測(cè)繪工程;2012年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 趙瑩;GNSS電離層掩星反演技術(shù)及應(yīng)用研究[D];武漢大學(xué);2011年

2 林劍;GPS電離層觀測(cè)技術(shù)及其在地震中的應(yīng)用研究[D];武漢大學(xué);2011年

3 劉長(zhǎng)建;GNSS電離層建模方法與質(zhì)量控制研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李建勇;利用GPS數(shù)據(jù)研究地震電離層TEC異常[D];中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所;2010年

本文編號(hào)：2828906