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地球大气无线电掩星观测技术研究

曾桢  
【摘要】: 地球大气无线电掩星观测技术是导航卫星应用新的生长点,是21世纪最先进的空间探测技术之一。该技术可测量自地面到约800km高空的中性大气气象场和电离层电子密度剖面,具有全天候、长期稳定、高精度和高垂直分辨率等特点;该技术提供全球分布的资料,将对数值天气预报、气候研究和空间环境研究起极大的推动作用,在气象、空间、天文以及国防领域具有广泛的应用前景。 本文介绍了无线电掩星技术的发展状况和基本原理,围绕无线电掩星技术及其应用研究展开诸多研究和探讨,主要工作内容如下: 1、利用全球三维射线追踪程序,开展LEO-GPS掩星观测的模拟研究,以计算掩星观测时电波传播路径、计算大气引起的附加相位时延等。模拟掩星观测对于研究大气和电离层中某些物理过程对掩星观测的影响、检验掩星资料反演技术等具有重要指导意义。 2、深入探讨中性大气和电离层掩星观测数据反演技术。论文着重阐明几何光学近似下,中性大气和电离层掩星观测数据的一般反演流程,选取GPS/MET掩星观测数据为例,反演得到了精确的大气参数剖面信息,并且比较了三种不同的电离层修正方法:相位时延修正、弯曲角修正和改进的相位时延修正方法。结果表明:相位时延修正方法较简单,但反演误差较其他两种方法大。 3、进行了掩星观测结果与激光雷达资料的比较研究。具体比较掩星观测与激光雷达观测的中性大气密度和温度数据,结果一致,表明掩星观测是一种可靠的大气探测手段。 4、利用掩星观测仿真程序模拟讨论了E s层对掩星观测信号的影响。另外,模拟分析了不同纬度、不同季节、不同地方时的电离层水平不均匀结构带来的反演误差。 5、利用人工神经网络方法同化电离层掩星观测数据,建立经验电离层模式,并应用之做短期的电离层预报。 6、对山基掩星观测进行了模拟研究,如:模拟山基掩星观测事件的分布情况和山基掩星观测的电波弯曲角变化情况;给出山基观测数据的反演技术。


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