基于GMF方法的捕风一号风速反演分析

全球尺度高时空分辨率海面风场探测是当前全球气象研究及预报预测领域的关注热点之一,传统海面风场探测技术存在测量区域有限,且受天气环境限制明显等问题.基于全球导航卫星系统-反射(GNSS-R)测量技术风速反演原理,以捕风一号1级数据产品为输入,欧洲中期天气预报中心再分析风速数据为参考风速,采用地球物理模型函数(GMF)方法...     

美国“气旋全球导航卫星系统”与应用

正2019年6月5日,我国在黄海海域利用长征11号运载火箭发射了基于全球卫星导航系统反射信号技术(GNSS-R)的捕风一号A/B试验卫星,实现了我国全天候探测海面风场零的突破,为台风海洋监测预报业务提供重要数据支撑。早在1993年,欧洲航天局(ESA)就提出了GNSS-R概念,2003年,英国灾难监测星座(UK-DMC)卫星利用其搭载的GNSS-R仪器成功获得了海面粗糙度等数据,2014年,英国发射搭载了"海状态载荷"的技术试验验证卫星-1(TDS-1),首次提供延迟多普勒映射(DDM)数据产品,开启了星载反射测量的应用。2016年12月15日,美国国家航空航天局(NASA)利用飞马座-XL(Pegasus-XL)运载火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地成功发射了采用GPS技术改进天基飓风观测能力的"气旋全球导航卫星系统"(CYGNSS)。本文拟对CYGNSS卫星星座的技术指标及其应用情况进行介绍,供读者进一步理解全球导航卫星系统与遥感技术的融合应用。     

星载GNSS-R海面风场观测载荷关键技术设计与验证

目前海面风场观测手段有限,基于全球导航卫星系统反射信号处理(global navigation satellite system reflection,GNSS-R)的天基观测为全球风场信息获取提供了全新的手段.GNSS-R海面风速探测技术具有全天时、全天候、低功耗、宽覆盖、多信号源、低成本等特点,日益获得了广泛的关注...     

海洋二号卫星微波散射计自然扩展目标在轨定标

海洋二号卫星微波散射计(HY-2 Scatterometer, HY-2 SCAT)是一种旋转扫描笔形波束散射计, 能够对同一观测面元提供4次方位角和入射角的观测组合, 并通过地球物理模型反演海面风场. 为达到设计的风场反演精度, 要求其系统定标精度达到0.5dB. 利用不同区域自然扩展目标对HY-2 SCAT进行在轨外定标, 并与OSCAT散射计在同时期内的测量结果进行了对比. 定标结果显示可以消除因散射计天线指向偏差带来的方位向测量误差. 针对HY-2 SCAT方位向测量偏差进行了误差分析, 利用仿真方法以及海洋二号卫星雷达高度计同期测量数据的反演结果进行比对, 验证了误差来源.     

全极化散射计极化失真误差校正方法

全极化散射计是一种新型微波散射计,可以同时测量目标的同极化和交叉极化散射系数.一方面能够解决传统散射计在海面风场反演中的风向模糊问题,提高海面风场测量精度,另一方面交叉极化散射系数可以有效提高海面风速测量范围,解决台风灾害监测和预报问题.利用全极化散射计数据进行高精度海面风场反演,首先需要解决全极化散射计系统极化失真误...     

基于GPS遥感的延迟映射接收机关键技术

全球卫星定位系统GPS(Global Positioning System)广泛应用于定位和导航,还可利用海面对GPS信号产生的散射效应进行微波遥感,是一种新型微波遥感手段.首先介绍了GPS海洋遥感测风技术产生背景及特点,给出了GPS散射信号测量技术理论基础,重点分析了延迟映射接收机设计中提高采样信号信噪比、双射频前端电路设计、计算反射点延迟、接收机工作模式、内嵌软件处理等5项关键技术.设计的延迟映射接收机样机在天津近海完成了首次搭载飞行试验,试验结果表明,延迟映射接收机可同时接收直射和海面散射卫星信号并输出导航定位解,正确计算镜面散射点码延迟,准确接收海面散射的GPS卫星信号,且散射信号信噪比达到了14.9 dB以上,接收机输出为反演海面风场提供了准确的基础数据,这种方式可推广到遥感探测陆地土壤湿度、海冰厚度、海浪高度等领域.      

中国首次海射试验圆满成功

<正>6月5日12时06分,我国在黄海海域用长征十一号海射运载火箭"CZ-11 WEY号"成功发射技术试验卫星捕风一号A、B星及5颗商业卫星,卫星被顺利送入预定轨道,试验取得圆满成功。这是我国首次在海上实施运载火箭发射技术试验。本次试验中,长征十一号海射型固体运载火箭是以民用船舶为发射平台,首次实现"航天+海工"技术融合,突破海上发射稳定性、安全性、可靠性     

海表温度对中法海洋卫星散射计测量的影响

卫星散射计通过测量海表粗糙度反演全球海面风场。对于Ku波段散射计,海表粗糙不仅和海面风场相关,还受海表温度的二阶效应调制。定量研究了海表温度对中法海洋卫星（CFOSAT）散射计（CSCAT）反演风速和后向散射测量的影响。结果表明,CSCAT两种极化方式测量的后向散射系数都会受到海表温度的影响,但是垂直极化中低入射角（θ <36°）测量的后向散射系数几乎不随温度变化。因此CSCAT的风速偏差也随海表温度的变化而变化,且随着入射角的增大和风速的减小,海表温度对风速偏差的影响程度增大。在数据分析的基础上提出了一种考虑海表温度影响机制的地球物理模式函数,为未来CFOSAT散射计风场反演的海温校正提供参考。     

海洋二号A卫星雷达高度计、校正辐射计在轨运行十周年

海洋二号A卫星(HY-2A)是中国第一颗海洋动力环境卫星,于2011年8月16日在太原卫星发射中心成功发射,在海洋动力环境测量、防灾减灾、海洋资源开发、海洋科学研究等领域中发挥了重要作用. HY-2卫星的主载荷包括雷达高度计和校正辐射计两个分系统,由中国科学院国家空间科学中心微波遥感技术重点实验室研制.雷达高度计主要用于测量海面高度、有效波高和海面风速,其数据在海洋地球物理学、海洋动力学、海洋气候与环境、海冰监测等领域广泛应用并发挥了重要作用.校正微波辐射计是为雷达高度计提供大气湿对流层路径延迟校正的微波辐射计,可以提供海面大气水气含量、液水含量和湿对流层路径延迟数据.雷达高度计和校正辐射计自201 1年9月1日开机工作以来,已经在轨运行十周年,远超HY-2A卫星在轨运行三年的设计寿命,目前仍在正常工作.     

捕风一号卫星现状与后续展望

1 引言 捕风一号试验双星(BF-1A/B)是为了响应国内首次海上发射、拓展北斗导航卫星应用领域,以及探索新的灾害监测手段而开展的试验卫星项目建设.卫星于2019年6月5日成功发射,是航天东方红卫星有限公司成功发射的第91、92颗卫星.当前,卫星在轨运行已超过两年,远超设计寿命,卫星工作正常,获取了大量的全球导航卫星系...     

基于树模型机器学习方法的GNSS-R海面风速反演

GNSS-R是基于GNSS卫星反射信号的一种新技术.GNSS-R技术可以运用到海面风场反演中,传统的GNSS-R技术反演海面风场主要有波形匹配和经验函数两种方法,风速反演精度约为2m·s^-1.波形匹配方法耗时多,计算量大;经验函数方法通常只使用少量物理观测量,会造成信息浪费,损失一定的反演精度.为了提高海面风速的反演精度,引入机器学习领域常用的树模型算法决策树、随机森林、GBDT等对海面风速进行预测.利用GNSS-R与ECMWF数据构成训练集和验证集,训练集用于模型学习,验证集用于检验模型的反演效果.实验结果显示,决策树和随机森林预测误差约为0.6m·s^-1,GBDT等算法的预测误差约为2m·s^-1,满足风速反演要求.与GNSS-R传统反演方法相比,机器学习树模型算法效果更好,在验证集上表现稳定且误差较小.因此,可以将机器学习树模型算法运用到海面风速反演中.     

磁场梯度张量测量法消除卫星磁干扰

在调查了消除卫星本体对磁场探测造成磁干扰的方法基础上,采用磁场梯度张量测量法替代传统的双探头梯度测量法消除卫星磁干扰,通过仿真分析和实测验证重点考察了基于欧拉反褶积算法的构造指数、伸杆长度与背景磁场反演误差之间的关系。仿真结果表明:对于本体边长1 m总剩磁1 A·m2的卫星而言,磁场梯度张量测量法在1~2 m的较短伸杆条件下,背景磁场反演误差较大;在3 m以上的较长伸杆条件下,具有较高的背景磁场反演精度,4 m条件下反演精度约0.5 nT。在长伸杆条件下,磁场梯度张量测量法比双探头梯度测量法的背景磁场反演精度提高约3倍。      

太阳同步轨道卫星光学特性

为了分析太阳同步轨道卫星的光学特性,对FY-1卫星的可见光和红外波段光学信号进行了仿真计算和模拟试验验证.通过对外部辐射及内部热源的分析,计算了卫星的温度场,采用随机起伏表面算法模拟表面覆盖材料外表面,通过阴影遮挡判断及双向反射分布函数(BRDF, Bi-directional Reflectance Distribution Function)模型计算卫星对外部辐射的反射特性,编程计算得到在可见光0.4~1.0μm和红外8~14 μm,14~16 μm波段下卫星的光学特性.结果表明红外辐射亮度与表面温度相关,8~14 μm最大约90 W/(m²·sr)、14~16 μm最大约20 W/(m²·sr).空间可见光辐射强度具有明显的镜面反射效应,卫星主体峰值2 200 W/sr.通过地面模拟测量空间目标的温度和红外辐射验证了温度及红外辐射仿真计算模型,可见光辐射强度仿真计算结果与地面模型卫星测量结果误差在20%以内.     

小卫星星务管理技术

阐述了第三代星上测、控、管系统 (星务系统 )的基本设计思想 ,它是基于现场控制、内嵌式微控制器和星上现场网络等概念开发的一项卫星新技术。该项技术实现传统卫星上的系统功能集成 ,具有全数字化、全网络连接、全分散式和在线组态的特点。该文给出星务系统与过去星上测控系统相比的最大两个概念跳跃 :内嵌式 ,整星全网络化。星务系统构成了一种星载柔性服务系统 ,用现场网络来协调、控制星上智能设备的相互联系 ,完成包括信息流、动作流、能量流的动态作业 ,可以在线下载任务和在线整定参数 ,改变传统卫星测控系统接口层的封闭性和专用性 ,实现星上设备“即连即用”。这就是构成星上集成电子学系统一体化的关键 ,构成“平台化”的核心。按星务系统技术设计 ,可以提高整星级可靠性和运行功能有效性 ,并可以加快研制进度和降低开发成本。该文还指出了星务系统和数管系统的不同 ,CAN总线和 15 5 3B的不同     

基于UKF的雷达高度计自主定轨

探讨了利用推广卡尔曼滤波估计非线性系统状态时存在的问题,从而介绍了目前广泛使用的分步逼近的卡尔曼滤波(UKF,Unscented Kalman Filter).为了提高导航的可靠性和准确性,在星敏感器导航系统中引入雷达高度计作为一个新的测量设备,提出了一种基于星上雷达测高仪及星敏感器联合进行卫星自主定轨的算法.建立了比较复杂的地球海平面模型,并考虑了其中风生重力波的影响. 利用雷达测高仪的测量结果和地球形状模型,计算地心矢量在卫星本体中坐标系的方向.利用UKF滤波定轨算法,明显提高了自主定轨的精度.数值仿真结果表明,UKF定轨精度要远优于推广卡尔曼滤波.      

CYGNSS海面风速固有误差与时空分布特征

全球导航卫星系统反射测量（GNSS-R）是一种新兴的海面风速遥感技术,对GNSS-R反演风速进行详细定量分析是该技术从科学研究走向业务应用的必要条件。 以气旋全球导航卫星系统（CYGNSS）的风速数据为例,利用时空匹配的浮标风速和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的预报风速数据,详细分析了CYGNSS遥感风速的气候态特征和时空分布特征。基于三配对数据分析方法,阐明了CYGNSS遥感风速的固有误差,并提出了相应的风速标定系数。研究表明：GYGNSS的中低风速（w <10 m·s^–1）精度较好,但高风速的误差显著增大;风速误差具有良好的时间一致性,但呈现明显的空间分布不均匀现象;总体而言,CYGNSS风速的固有误差约为1.79 m·s^–1。研究结果一方面可为CYGNSS风速数据的业务应用提供参考,另一方面也为进一步标定CYGNSS的反射测量信号提供依据。