【摘要】：近年來,GNSS-LEO無線電掩星探測技術(shù)憑借能夠有效的探測中性大氣和電離層的多種參數(shù)信息的優(yōu)勢,作為二十一世紀(jì)最先進(jìn)的空間探測技術(shù)之一迅速發(fā)展起來。然而GNSS-LEO掩星技術(shù)反演地球大氣低層水汽時(shí)存在水汽模糊現(xiàn)象,為解決這一問題,LEO-LEO掩星探測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,并具有全天候、探測范圍大、高精度、高垂直分辨率等優(yōu)點(diǎn),受到了國內(nèi)過眾多科研機(jī)構(gòu)和學(xué)者的重視。為了進(jìn)一步推動(dòng)我國LEO-LEO掩星探測技術(shù)的發(fā)展,本文圍繞LEO-LEO掩星事件的若干特性進(jìn)行了仿真,通過設(shè)定LEO衛(wèi)星的軌道高度、傾角、升交點(diǎn)赤經(jīng)和近地點(diǎn)角距等軌道參數(shù),分析了衛(wèi)星軌道參數(shù)對(duì)掩星事件數(shù)量、分布、持續(xù)時(shí)間、切點(diǎn)水平漂移和衛(wèi)星間相對(duì)角速度等特性的影響和規(guī)律。綜合國內(nèi)外對(duì)LEO-LEO掩星事件數(shù)量和分布的模擬研究與本文對(duì)LEO-LEO掩星事件特性的仿真分析,為LEO-LEO掩星探測過程中衛(wèi)星能源消耗、掩星數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)以及衛(wèi)星接收天線有效捕獲掩星信號(hào)等問題的解決提供了參考依據(jù)。給出了LEO-LEO掩星軌道設(shè)計(jì)以及LEO衛(wèi)星發(fā)射機(jī)、接收機(jī)設(shè)計(jì)的建議:1.首先根據(jù)探測區(qū)域的需求,確定衛(wèi)星軌道傾角,且盡可能接近互補(bǔ),全球探測的掩星星座,衛(wèi)星軌道傾角應(yīng)都在90°附近,中緯度探測的掩星星座,發(fā)射衛(wèi)星(或接收衛(wèi)星)的軌道傾角應(yīng)分布在45°~60°范圍,低緯度探測的掩星星座,發(fā)射衛(wèi)星(或接收衛(wèi)星)的軌道傾角應(yīng)在30°左右;2.接著確定衛(wèi)星的升交點(diǎn)赤經(jīng),使兩者之差在150°~210°范圍內(nèi),這樣兼顧掩星數(shù)量多、水平漂移小、持續(xù)時(shí)間短的需求;3.確定衛(wèi)星軌道高度,使兩衛(wèi)星軌道高度接近相同,這樣可以滿足掩星數(shù)量多、水平漂移小、持續(xù)時(shí)間短的需求;4.設(shè)計(jì)LEO-LEO掩星天線時(shí),天線水平方向最大轉(zhuǎn)動(dòng)角速度需能達(dá)到0.14°/s,俯仰方向最大轉(zhuǎn)動(dòng)角速度需能達(dá)到0.078°/s.本文還分析了一個(gè)LEO-LEO掩星星座個(gè)例,通過仿真數(shù)據(jù)對(duì)LEO-LEO掩星星座中掩星事件的數(shù)量、地理分布、持續(xù)時(shí)間、切點(diǎn)水平漂移和衛(wèi)星間相對(duì)角速度的情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,分析結(jié)果符合兩顆LEO衛(wèi)星進(jìn)行掩星探測時(shí)的特性規(guī)律。
[Abstract]:In recent years, GNSS-LEO radio occultation technology has been developed rapidly as one of the most advanced space exploration techniques in the 21 century, because it can effectively detect the multi-parameter information of neutral atmosphere and ionosphere. In order to solve this problem, LEO-LEO occultation technology has emerged as the times require, and it has all-weather, large detection range and high precision, but the GNSS-LEO occultation technology has the phenomenon of water vapor ambiguity when retrieving the low-level water vapor in the Earth's atmosphere. The advantages of high vertical resolution have been paid more and more attention by many domestic scientific research institutions and scholars. In order to further promote the development of LEO-LEO occultation detection technology in China, some characteristics of LEO-LEO occultation events are simulated in this paper. The orbital parameters such as orbit height, inclination angle, ascending point of intersection, and perigee angle distance of LEO satellite are set. The effects of satellite orbit parameters on the characteristics of occultation events, such as number, distribution, duration, horizontal drift of tangential point and relative angular velocity between satellites, are analyzed. Based on the simulation of the number and distribution of LEO-LEO occultation events at home and abroad and the simulation analysis of the characteristics of LEO-LEO occultation events in this paper, the energy consumption of satellites in the process of LEO-LEO occultation detection is analyzed. The data storage of occultation and the effective acquisition of occultation signal by satellite receiving antenna provide reference basis. The design of LEO-LEO occultation orbit and the design of LEO transmitter and receiver are given. First of all, according to the needs of the detection region, determine the orbit inclination of the satellite, and as close as possible to complementary, the occultation constellation of the global survey, the inclination angle of the satellite orbit should all be around 90 擄, the occultation constellation of the mid-latitude detection should be all. The orbital inclination of the launching satellite (or receiving satellite) should be in the range of 45 擄~ 60 擄, and the orbital inclination of the launching satellite (or receiving satellite) should be about 30 擄for the occultation constellation detected at low latitudes. 2. Then determine the ascending point of the satellite right longitude, so that the difference between the two in the range of 150 擄~ 210 擄, so as to take into account the number of occultation, small horizontal drift, short duration requirements; 3. Determine the orbital altitude of the two satellites, so that the orbital altitude of the two satellites is close to the same, which can meet the requirements of large number of occultation, small horizontal drift and short duration; 4. When designing LEO-LEO occultation antenna, the maximum rotation angular velocity in horizontal direction and pitch direction should be up to 0.14 擄/ s and 0.078 擄/ s respectively. An example of a LEO-LEO occultation constellation is also analyzed in this paper. The number, geographical distribution, duration, tangent horizontal drift and relative angular velocity of the occultation events in the LEO-LEO occultation constellation are statistically analyzed by simulation data. The analysis results are consistent with the characteristics of two LEO satellites in occultation detection.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P405

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本文編號(hào)：2454364