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GPS掩星振幅反演的若干问题研究

张贵霞  
【摘要】:GPS掩星技术是当前地球大气探测中最有潜力的发展方向之一。它具有高精度、高分辨率、全天候、低成本、准全球覆盖、自校正而无仪器偏差、不用亲临观测点等优势。目前,相位反演技术已经受到广泛的重视和发展,MicroLab1、CHAMP、SAC-C等小卫星的GPS掩星资料已经成功地应用在天气预报、气候分析、全球变化等领域。结合GPS掩星相位反演的理论和结果,进一步研究振幅观测的反演技术,对GPS掩星相位观测的质量评估、低层大气反演负偏差的机制和改进方法的研究、电离层精细结构的探测无疑都具有积极的意义;从而还可以进一步分析它在大气探测、国民经济和国防建设中的应用。 本文在几何光学和薄相位屏的假设下,分别介绍GPS/LEO无线电掩星反演地球大气技术中振幅反演的计算方法。独立发展了上海天文台的GPS掩星振幅反演软件系统。从产生接收信号振幅变化的机制出发,提出了产生信号振幅变化的几何衰减和物理衰减两个不同的源。在Abel积分变换的上奇点的处理中,推导了大气折射指数反演的天顶补偿项,使Abel积分变换的算法更简单而且更稳定。 利用CHAMP卫星的GPS掩星观测资料,用观测信噪比序列进行了大气弯曲角、大气折射率、压力、温度剖面的反演;并与相位反演结果进行了比较和讨论。在5-30km的高度范围内,弯曲角和大气折射率的相对偏离在4%以内,温度的偏差也在2-3oC左右。研究结果表明,深入开展GPS掩星技术振幅反演的研究是一个值得注意的课题。


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