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《武汉大学》 2003年
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利用GNSS无线电掩星技术探测地球大气的研究

徐晓华  
【摘要】:随着GNSS系统(包括GPS、GLONASS以及正在计划建立的Galileo系统)的发展与日趋完善,在其定位、导航与授时功能得以不断加强和提高的基础上,对许多其他学科的发展也产生了重大的影响。将GNSS系统利用到气象与大气相关研究中就产生了GNSS气象学这一交叉学科。该学科总体上分为地基GNSS气象学与空基GNSS气象学两个发展方向。作为GNSS气象学的一个重要分支,空基GNSS气象学——利用GNSS无线电掩星技术探测地球大气参数的研究近年来在国际上已引起高度重视。由于掩星观测特有的覆盖范围广、掩星事件分布均匀、垂直分辨率高等优点,其研究成果对于提高数值天气预报模式的精度有着巨大潜力,对于全球气候变化的研究有着重要的意义。本文针对这一研究热点,以GPS掩星观测为例对掩星观测的理论与方法进行了系统总结,对掩星数据的处理分析和LEO卫星的轨道设计进行了深入探讨。相关方法和结论也适用于其他GNSS系统的掩星观测。本文所研究的主要内容和相关结论如下: 1.在对GNSS系统的发展和传统大气探测手段进行介绍的基础上,对GNSS掩星观测大气的国内外研究动态进行了较全面的总结。指出我国目前的研究水平还处于跟踪国外先进水平的状态,在掩星数据处理方面存在着采用的数据源单一、对反演成果的统计验证不够等问题;在LEO轨道设计方面则需要具体的有说服力的计算分析成果。同时还缺少进行大量实测数据自动处理和进行LEO轨道设计及优化的软件系统。指出对上述问题进行解决是本文的主要目标。 2.作为论文的研究基础,对地球大气有关性质进行了综述。其中对在研究中所需要采用的各种大气模型和数值天气预报模式,包括中性大气层的简化双指数模型、MSISE-90干大气模型和ECMWF、NCEP数值天气预报模式、NeUoG电离层模型分别进行了介绍。 3.掩星观测的基础是掩星事件,其中包括下降与上升事件。以GPS掩星观测为例,某颗GPS卫星的信号穿过地球大气层到达LEO卫星上的GPS接收机,信号从开始横切高度为85km左右的大气中间层顶到横切地球表面,延迟量从1mm增加到1km左右,持续时间为1分钟左右的过程就是一个下降掩星事件;反之则为上升掩星事件。本文从掩星事件的概念出发,对利用附加相位延迟反演大气总折射角和折射指数廓线;通过Abel变换法反演各种大气参数廓线的过程进行了详细介绍。并对传统的相位组合法和折射角线性组合法两种电离层影响改正方法进行了说明,对反演廓线的水平分辨率和垂直分辨率进行了阐述。 4.论文对反演折射角上边界统计优化方法进行了讨论。采用CHAMP实测掩星数据资料,对采用统计优化方法和不采用统计优化方法的情况下得到的温度反演结果进行了比
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:P412.2

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