GNSS无线电掩星大气探测混合星座设计

针对目前GNSS无线电掩星大气探测卫星星座参数依赖大量仿真计算进行统计选取的研究现状,通过将探测卫星星下点与大气测点间地心角距作为观测半径提出了一种虚拟“星—地”遥感假设,给出了一种崭新的掩星测点预估方法,具有计算速度快的特点.基于该方法推导了探测星座参数与大气探测覆盖性之间的极值相关特性,建立了GNSS无线电掩星大气探测卫星星座设计准则,并以GPS和BD为兼容性观测信源完成了GNSS掩星大气探测混合卫星星座设计.通过仿真试验,验证了设计方法的快速性和可行性,GPS+BD掩星大气探测混合星座每日可实现掩星探测量为COSMIC星座的3倍以上,12h内掩星测点全球分布均匀度提升12％.     

水汽对折光修正精度的影响分析

针对当前部分折光修正的工程应用常常忽略水汽影响的现状,选取了国内4个不同地域的气象站点,基于1995年的数百组历史气象探空数据,利用射线描迹法分别仿真计算包含水汽和忽略水汽2种情况下由于大气折射引起的测距误差和测角误差,并对这4个站点不同仰角和不同时间的测距偏差和测角偏差进行统计分析,结果表明：水汽是构成测量残差的一个重要误差源,对于精度要求较高的折光修正系统,水汽的影响不能忽略.该分析结果可为其他需要考虑大气折射效应影响的高精度光学测量工程领域提供参考.     

无线电掩星技术在大气探测的应用

通过介绍GPS在大气探测中的应用,引入了一种新的研究大气模型的方法——无线电掩星技术。阐明了无线电掩星技术的发展历程、反演原理及应用前景,并结合我国航天实际,提出了一种利用北斗导航系统进行大气参数反演,修正航天器轨道测量数据,从而提高定轨精度的新思路。     

基于多频GNSS观测的编队星间相对定位样条表示模型

从编队卫星的高精度星间相对定位需求出发,基于未来全球导航卫星系统(GNSS)多频信号测量体制的发展,综合利用观测数据与待估参数的几何关系以及待估参数随历元连续变化的约束,根据函数逼近理论,提出基于多频GNSS观测的编队星间相对定位样条表示模型,给出多频数据相对于双频数据、样条表示模型相对于传统逐点模型在改善星间相对位置...     

深空站大气折射修正模型建模及试验验证

针对现有对流层大气折射模型在特定地区适应性不强的问题,基于电波大气折射效应原理及经典大气模型,分析了对流层大气折射误差估计模型及其投影函数,用历史气象数据分析了某地区气候特点,证明了修正模型在该地区应用的可行性。然后,利用多项式拟合方法得到了深空站地区大气折射统计模型,利用非线性回归方法得到了深空站地区大气折射修正量的解析近似模型。最后,用实测数据对以上两个修正模型进行了试验验证。验证结果表明,统计模型稳定可靠,解析近似模型测量精度高,能够满足不同条件下深空测控及VLBI观测中电波折射修正的需求。     

无人机GNSS/IMU组合导航系统完好性监测方法

针对民用无人机组合导航系统中,全球导航卫星系统（GNSS）和惯性测量单元（IMU）均存在故障风险的情况,提出一种兼顾GNSS和IMU故障风险的组合导航系统完好性监测方法。该方法根据故障检测结果建立完好性风险模型,设计完好性风险需求分配方案并建立各故障模式的保护级反演模型,利用滤波新息表达过去历元故障偏差对定位误差的影响,解决故障起始历元和故障偏差取值未知的前提下保护级反演难题。典型无人机低空飞行作业场景下的仿真结果表明：该方法设计的保护级反演模型计算所得保护级可跟踪定位误差的变化趋势,对定位误差形成包络,从而保障组合导航系统的完好性。     

基于场景检测的城市环境GNSS/INS组合定位方法研究

城市复杂环境下,采用GNSS/INS组合定位方法能有效提升GNSS信号部分或全部被遮挡情况下的车辆连续定位能力。GNSS信号受遮挡的程度具有随机性和突变性,给GNSS/INS组合算法的架构设计和参数设置带来了挑战。基于此,设计了一套基于场景检测的GNSS/INS组合定位策略与方法,提出了以多星GNSS观测量的八类特征为输入,利用支持向量机分类思想将定位场景分为室外开阔、室外遮挡和室内三种类型,并建立了与之相适应的组合滤波量测误差估计模型,进而实现了GNSS/INS组合定位。实测数据验证表明,提出的方法能够有效提升车辆组合定位精度。     

利用探空产品评估GNSS-PPP估计ZTD精度

无线探空测站可以提供高精度和高垂直分辨率的大气产品。为评估GNSS精密单点定位获得的天顶对流层延迟(ZTD)的精度,将无线探空产品获得的ZTD作为真值,选取中国地区4个IGS观测站及其附近的探空测站2014—2018年的数据进行试算和分析。针对两种产品空间分辨率不一致性问题,利用GNSS气象观测值来弥补探空测站与GNSS测站高程的不匹配。实验结果表明:GNSS气象观测能够较好地弥补探空测站与GNSS测站高程的不一致性;GNSS精密单点定位技术获取的ZTD与探空产品估算的ZTD差值的RMS值小于4cm。     

GBAS对流层异常完好性监测参数研究

地基增强系统(GBAS)服务于与生命安全相关应用时,有必要开展对流层异常监测以保证导航精度和完好性。观测域最大可容忍对流层延迟和对流层异常概率是设计GBAS对流层异常完好性监测体系的关键参数。本文以满足适航需求为基础,实现定位域所需导航性能与观测域所需监测性能之间的转换,基于最差保护原则实现了观测域最大可容忍对流层延迟的量化。欧洲中尺度天气预报中心(ECMWF)2010—2019年的气象数据被用于对流层反演分析,验证了对流层波导异常和非标称对流层延迟2类故障发生概率。使用北斗真实数据和气象数据开展仿真验证,结果表明：为保障GBAS支持的精密进近和着陆服务完好性和可用性,观测域最大可容忍对流层延迟取值范围为0.57～0.92 m(对应下滑角θ=2.5°～3.5°);沿海地区,对流层波导异常概率处于10%～50%之间,但其对GBAS完好性影响较低;非标称对流层延迟概率保守设置为5.3×10^-3,以保证GBAS完好性。上述仿真结果为对流层异常完好性监测器设计和GBAS完好性监测体系完善提供了重要参考。     

一种面向即插即用车载GNSS/INS/ODO系统的时空在线标定方法

车载轮速里程计(ODO)辅助卫星/惯性(GNSS/INS)组合导航时需要先进行惯性传感器 (IMU)与ODO 的空间对齐,而传统GNSS辅助IMU/ODO 参数在线标定时未考虑GNSS时延与 ODO 时延对标定的影响,这对于无法实现硬件时间同步而需要即插即用的车载导航应用而言,考 虑不够全面。因此,提出了一种面向即插即用车载GNSS/INS/ODO 系统的时空在线标定方法。 该方法在传统GNSS辅助IMU/ODO 参数估计模型的基础上,增广了GNSS与ODO 的时延误 差,分析了两种时延对IMU/ODO 参数在线标定的影响,推导并构建了完整的GNSS与ODO 观 测模型,采用卡尔曼滤波器对GNSS时延、ODO 时延以及IMU 与ODO 之间的参数进行估计。实 际测试结果表明,该方法可以有效提高IMU/ODO 在线标定的精度。     

双通道微波辐射计大气折射率剖面反演的神经网络算法

基于地基双通道微波辐射计（23．8GHz和31．65GHz）所测天顶方向的亮温测量数据和地面气象参数，给出了一种利用微波辐射测量反演大气折射率剖面的神经网络算法。利用青岛地区历史探空数据仿真的大气辐射亮温对神经网络进行了训练，回归得到了三段折射率剖面模型，并对利用实测亮温反演的大气折射率剖面与探空实测折射率剖面和模式剖面进行了比较分析，分析结果表明利用微波辐射计反演的折射率剖面与实测剖面间有很好的一致性，较三段折射率剖面模式具有更好的反演精度。     

Water Vapor Imagery: A New Observation for Weather Analysis

Water vapor imagery is now available routinely from weather satellites for use in meteorological operations. Research during the past 5 years has provided insight concerning the physical interpretation of this data under varying atmospheric moisture and temperature distributions. Investigations have also identified new applications for use in operational weather analysis and forecasting. The water vapor patterns and the changes of these patterns with time, relate to upper tropospheric flow, the jet stream, tropopause breaks, the intensification of thunderstorms, and tropical storm motion. Animated hourly water vapor imagery will become available next year for use by National Weather Service (NWS) field forecasters. It will provide them with a new diagnostic tool for short range forecasts.     

外测数据对流层折射误差修正及精度分析

针对对流层引起的航天器外测数据折射误差,基于对流层分段模型,以测站历史气象数据拟合折射衰减系数,建立测控站上空对流层折射率模型,并利用实测地面折射率对统计模型进行优化,进一步提高模型反映大气剖面的真实性.利用该模型对S频段多颗在轨卫星50多跟踪圈次的实测外测数据进行修正分析,并与微波辐射计实时修正结果进行比较,测距、测角、测速互差分别优于0.9m、0.02°、0.06 m/s.将该模型应用于卫星长管外测数据的实时修正,可提高轨道测量数据质量.     

Observations of Stratosphere-Troposphere Coupling During Major Solar Eclipses from FORMOSAT-3/COSMIC Constellation

Sudden tropospheric cooling and induced stratospheric warming were found during the 22 July 2009 total solar eclipse. Can the 22 July 2009 hallmark also be seen in other major solar eclipses? Here we hypothesize that the tropospheric cooling and the stratospheric warming can be predicted to occur during a major solar eclipse event. In this work we use the FORMOSAT-3/COSMIC (F3C) Global Positioning System (GPS) radio occultation (RO) data to construct eclipse-time temperature profiles before, during, and after the passages of major solar eclipses for the years 2006–2010. We use four times a day of meteorological analysis from the European Centre for Medium Range Weather Forecast (ECMWF) global meteorological analysis to construct non-eclipse effect temperature profiles for the same eclipse passages. The eclipse effects were calculated based on the difference between F3C and ECMWF profiles. A?total of five eclipse cases and thirteen non-eclipse cases were analyzed and compared. We found that eclipses cause direct thermal cooling in the troposphere and indirect dynamic warming in the stratosphere. These results are statistically significant. Our results show ?0.6 to ?1.2°C cooling in the troposphere and 0.4 to 1.3°C warming in the middle to lower stratosphere during the eclipses. This characteristic stratosphere-troposphere coupling in temperature profiles represent a distinctive atmospheric responses to the solar eclipses.     

对流层折射修正中水汽压公式对比研究

针对当前对流层大气折射效应评估计算的工程应用中,水汽压的计算方法不尽统一、精度参差不齐的现状,分别在-50℃～0℃气温范围内利用各平冰面饱和水汽压公式、在0℃～50℃气温范围内利用各平液面饱和水汽压公式对大气折射率湿项进行了仿真计算,通过对仿真结果的比较可知：在平冰面和平液面情况下,Buck（巴克）1981公式和Buck1996公式与Goff-Gratch（戈夫-格雷奇）公式的偏差均较小,计算精度较高,建议作为测控系统外测数据处理中大气折射修正的首选经验公式;该分析结果也可为其他需要考虑水汽影响的工程领域提供参考.     

Ru过渡层对NiCoCrAlY涂层与DD6单晶高温合金界面扩散行为的影响

针对第二代单晶高温合金DD6开展了一种具有阻扩散功能的金属防护涂层的探索性研究.采用电镀和电子束物理气相沉积(EB-PVD)方法在DD6单晶高温合金上制备了NiCoCrAlY/Ru双层结构涂层,同时采用EB-PVD在单晶合金上沉积了单层NiCoCrAlY涂层.研究结果表明,在1 050℃大气环境中扩散处理300 h后,...     

大气折射对电视制导导弹定位精度的影响分析

为了提高电视制导导弹的定位精度,有必要研究大气折射效应的影响。基于大气折射率模型,采用高精度的4阶Runge-Kutta光线追迹方法,以定位误差和俯角误差为大气折射效应的评价标准,建立了电视制导导弹大气折射误差模型,并通过探空仪实测大气参数验证了模型的有效性以及精度测试验证了算法的可靠性。基于该模型,仿真分析了不同发射高度和俯角对定位精度的影响规律。研究结果发现：高海拔时,基于三段模型的大气折射误差要小于其他模型;相同高度下导弹发射的视在俯角扩大10倍,由大气折射造成的定位误差和俯角误差将分别缩小1 000倍和10倍;5 km高度、视在俯角为30°时的定位误差已减小到2 m以内。研究结果表明,该方法可以辅助电视制导导弹的设计,对提高其精确打击能力具有重要意义。