基于无线电掩星观测的火星高层大气研究

近年来,火星高层大气受到越来越多的关注和研究。由于缺乏磁场的阻挡,火星高层大气与星际空间环境关联密切;同时,低层大气中的活动（例如尘暴）也会对其造成影响。而耦合在火星高层大气中的电离层则使这些过程变得更加复杂。火星高层大气和电离层结构的变化会对火星探测和通信活动造成很大的影响。然而,目前人们对火星高层大气100～130 km高度长期、稳定的观测数据仍然相对较少。文章将首先介绍火星高层大气研究的历史和现状,然后分别介绍本研究组利用无线电掩星实验获取火星130 km中性大气密度的方法、主要成果及未来的工作。     

多GNSS掩星大气探测卫星星座设计

为减少无线电掩星(RO)大气探测星座的卫星数量并增加探测数据量,将北斗（BD）和GPS、Galileo、GLONASS共同作为探测信源,提出一种多全球导航卫星系统（GNSS）掩星大气探测星座概念和优化设计方法。融合先验大气模型和二维射线追踪算法,建立兼容多GNSS信源的掩星事件前向模拟算法,实现掩星事件快速精确仿真;给出多GNSS掩星大气探测星座参数对探测性能的影响特性,降低了星座模型的复杂度;并利用改进的蚁群算法实现星座参数寻优。设计结果与COSMICII星座相比,卫星数量减少2颗,探测数据量增加了40%,探测均匀性提高了67%。     

星载GPS无线电掩星地球大气探测的现状及发展

简要介绍了GPS系统及GPS掩星法大气探测的特点和发展历程，在此基础上进一步对比较有代表性的几个项目——COSMIC、GASP、以及EPS进行了较为详细的介绍，最后对星载GPS掩星法大气探测的发展趋势进行了预测。     

基于GNSS掩星资料的风云卫星微波载荷产品质量验证与分析

聚焦新一代国产极轨气象卫星微波载荷和全球导航卫星系统(GNSS)掩星临边观测的探测机理,及其各自仪器的性能指标和在轨运行的特点,利用2019年1月1日到12月31日的全球数据,开展基于GNSS掩星资料的风云气象卫星微波观测亮温对比和反演廓线产品质量检验研究。在匹配数据时间分辨率为30 min和经纬度分辨率为0.5°的情况下,亮温偏差小于5 K,大气温湿度探测精度分别为1.92 K和22.8%,同时分析了2019年青藏高原地区大气温湿度的时空分布规律。结果表明:风云气象卫星微波辐射计具有全球全天候探测大气温湿度的功能,在近地面具有丰富的反演数据,而对于GNSS掩星探测资料,3 km以上探测精度优于微波湿度计,近地面数据较少,两者联合,既可以互相补充和验证,又能以青藏高原为例,分析长时间序列气象和气候数据,为后续的气候研究提供基础数据集。     

“风云三号”电离层掩星气候学数据处理方法

电离层掩星观测数据具有长期稳定性以及无须定标等优势,在电离层气候学研究中占有重要地位,而有效的数据处理方法是掩星数据科学性、可用性的保障。文章提出的数据处理方法能够根据所选电离层参数的物理特性和太阳活动情况动态调整质量控制阈值,根据数据时间跨度以及空间范围划分不同的时间窗和地理空间步长,并将离散的参数数据映射到全球数据网格中,以提升对不同时期电离层异常廓线的针对性,同时保证数据的可靠,且具有灵活性强、易于模块化的特点。使用FY3-C GNOS电离层掩星数据对该方法的有效性进行了验证,以期为基于电离层掩星数据开展电离层长期气候学研究提供高效的数据处理方式。     

电离层小尺度因素对无线电大气掩星弯曲角的影响

历经25年的发展,基于GNSS的无线电掩星技术已经成为一种有效的临近空间探测手段,但是在无线电大气掩星观测及数据处理过程中不可避免地会受到各种误差的影响,其中,电离层是重要误差源之一。由于电离层小尺度因素的存在,GNSS信号在穿越电离层过程中会受到影响,表现为振幅和相位上的振荡,并最终影响反演所得的大气弯曲角产品。文章基于COSMIC大气弯曲角数据,研究电离层小尺度因素中扩展E层（Es层）及F层不均匀体在中低纬地区对无线电大气掩星的影响,通过计算不同高度区间内的弯曲角偏差标准差统计研究电离层Es层及F层不均匀体发生率与大气弯曲角振荡的关系。结果表明,Es层及F层不均匀体能够引起大气弯曲角振荡,表现出弯曲角随纬度、磁地方时及季节变化的特性,且这些电离层小尺度因素能够影响到的高度区间为35～80 km。该研究有助于进一步认识电离层小尺度因素对GNSS无线电大气掩星探测技术的影响,以及后续提高大气掩星产品的数据质量。     

LEO-LEO微波掩星探测温度和水汽廓线研究进展

低地球轨道卫星间(LEO-LEO)微波掩星探测技术利用水汽吸收线附近信号,通过测量信号的折射和吸收作用,能够在没有辅助背景信息的情况下独立反演温度和水汽廓线,从而克服GNSS-LEO无线电掩星技术在大气中低对流层存在的"温度–水汽模糊"问题.目前,国内外还没有实现在轨的LEO-LEO掩星探测.为了促进我国LEO-LEO...     

FY-4A星GIIRS大气温度廓线反演模拟试验研究

结合全球大气晴空训练样本(CIMSS)数据,利用辐射传输模式,模拟获得干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)亮温资料,结合人工神经网络反演方法,研究了风云四号(FY-4)卫星高光谱红外载荷大气温度反演方法,并研制了全圆盘和中国区域两套大气温度反演模型。反演试验结果表明:对流层大气温度反演精度明显高于平流层,以中国区域反演模型为例,对流层和平流层大气温度反演均方根误差(RMSE)分别为0.846,2.020K,平均误差分别为-0.003,0.024K;比较中国区域和全圆盘大气温度廓线反演精度,中国区域大气温度精度明显高于全圆盘,0~70km处大气温度反演的均方根误差分别为1.922,2.630K;与欧洲极轨卫星(Metop-A)IASI数据的温度廓线反演结果比较,FY-4A星GIIRS的温度反演精度在低层(500hPa)(RMSE=0.790 K)优于IASI(RMSE=0.976K),在高层(500hPa)(RMSE=1.803K)低于IASI(RMSE=0.899K)。研究对FY-4卫星GIIRS的大气温度廓线反演及其应用有重要的参考价值。     

红外甚高光谱分辨率探测仪反演系统的设计与实现

文章基于高分五号卫星大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪(AIUS)数据,采用最优化反演算法,建立了大气成分廓线反演的业务化处理系统,并对反演结果进行了精度验证。该系统采用分层设计思想和模块化设计思路,具有手动和自动业务化处理的功能。将系统反演结果与微波临边探测仪(MLS)的2级官方产品和先验数据进行对比分析,O_3反演产品在14～50km范围与MLS产品的相对偏差小于15%;H_2O反演产品在18～70km范围与MLS产品的相对偏差小于15%;HCl反演产品在14～40km范围与MLS产品的相对偏差小于10%;N_2O反演产品在10～35km范围与MLS产品的相对偏差小于10%;CO反演产品在14～55km范围与先验廓线的相对偏差小于15%。上述结果表明,反演系统具有良好的准确性和稳定性,能够为中国进行大气环境监测和全球气候变化研究提供算法和技术支持。     

耦合位置误差的机载惯性/星光组合算法研究

针对星敏测量输出的是惯性系下姿态信息,无法直接应用于实际的机载地理系下姿态组合导航,提出了地理系下耦合位置误差的机载惯性/星光组合滤波算法。该算法分析了
惯性姿态到地理系姿态之间的相互转换关系,在建立的地理系下姿态线性化量测方程基础上,通过引入导航位置误差转换矩阵,建立了星敏测量的惯性姿态到惯性导航计算输出的地理系姿态之间的耦合误差模型;同时针对姿态观测时高度通道不可观的特点,增加了气压高度输出为系统的观测量;实现了基于星敏测量的惯性系下姿态对地理系下惯性导航误差的直接修正。姿态耦合误差仿真结果表明该组合导航算法设计成功可行,为星敏在机载环境下的组合导航应用提供了新的思路。