掩星

摘要： 利用2018年1-3月FY-3D卫星的掩星折射率数据,研究了北斗导航卫星系统的掩星分布特点、数据精度以及误差统计特征。北斗导航卫星系统同步静止轨道掩星沿卫星轨道呈弧状分布在南北两极地区,倾斜轨道掩星在东西半球低纬度地区分别形成一小一大两个空洞,中地球轨道掩星则全球均匀分布。北斗掩星折射率数据精度在探测核心区域,即12~32 km范围内,与ERA5再分析资料计算的折射率相比,平均偏差的标准差约为1.5%,在核心区外,标准差从1.5%逐渐增大到6%。静止轨道掩星的平均偏差在高层略大于倾斜轨道和中地球轨道掩星。下降掩星在20 km以上区域的标准差大于上升掩星,20 km以下区域小于上升掩星。高纬地区北斗掩星标准差最小,低纬地区最大,对流层中下层尤其明显。分析结果表明,北斗掩星的数据精度和误差特征与GPS掩星数据相似。

摘要： 电离层的精确现报预报对装备系统效应减缓及空间科学研究均具有重要的应用价值.地基GNSS和天基掩星是电离层数据同化最为重要的数据来源之一.通过观测系统仿真试验(observation system simulation experiments,OSSE)对四种不同的观测系统条件下的全球电离层数据同化效果进行了定量分析,数据同化的总电子含量(total electron content,TEC)及三维电子密度参量技术得分(skill score,SKS)的评估结果表明:1)观测构型对数据同化现报和预报精度均具有重要影响.2)仅仅同化地基GNSS数据,其同化的TEC精度相比背景模型会有较明显的改善,TEC现报、提前1 h预报、提前2 h预报和提前3 h预报的SKS分别为0.45、0.39、0.32和0.25;但电子密度的现报和预报结果相比背景模型的改善则相对有限,电子密度现报、提前1 h预报、提前2 h预报和提前3 h预报的SKS仅为0.05、0.04、0.03和0.02;通过融合掩星观测数据,其电子密度的精度会有明显提升.3)在掩星卫星数量较多且观测数据的覆盖性较好的条件下,仅同化掩星TEC观测数据就可以获得准确的TEC和电子密度现报与短期预报结果;大规模掩星星座的观测比仅利用地基GPS观测进行同化,其TEC现报、提前1 h预报、提前2 h预报和提前3 h预报的SKS分别提高了0.2、0.17、0.14和0.12;电子密度SKS分别提高了0.39、0.35、0.28和0.22,电子密度SKS的提升幅度要优于TEC.4)现有的观测系统布局对中低纬区域的数据同化精度的提升效果要优于高纬区域;5)随着预报时间的增加,数据同化的精度呈现下降的趋势.随着未来微小卫星数量的快速增加,天基掩星观测将对电离层状态的精确表征产生不可估量的作用,相关研究可为我国天地基电离层观测系统的设计和构建提供技术参考.

摘要： 使用FY-3C气象卫星GNSS掩星数据反演得到2017-03-01～2018-02-28大气温度廓线,并估计对流层顶高度变化;然后利用探空气球数据和ERA5模型数据进行验证;最后以2°×2°的空间分辨率将中国区域划分为608个网格,针对每一个单元格,分别计算对流层顶参数,建立格网模型,分析中国区域对流层顶参数的时空分布特征.结果表明,对流层顶参数随纬度具有明显的分带特征,在经度上变化并不明显,表现为南北区域不对称、东西区域较为对称的现象;对流层顶参数具有明显的季节性变化特征.

摘要： 利用基于TEC的电子密度廓线反演方法,对2014年12月31日的COSMIC和FY-3C掩星任务的电离层掩星相位数据进行处理,将反演的电子密度廓线及电离层峰值参数分别与两个掩星任务的官方产品进行比较,发现两个掩星任务的反演结果与官方产品均具有较好的一致性.其中COSMIC反演结果与CDAAC官方产品的一致性略好于FY-3C反演结果与NSMC官方产品的一致性,且两个任务的NmF2的反演质量均优于hmF2的反演质量.但与COSMIC不同,FY-3C掩星电离层相位数据进行反演处理之前有必要进行滤波平滑预处理,且由于FY-3C非掩星时段的相位数据量太少,反演过程中不建议对TEC进行改正.

摘要： 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.

摘要： 为验证不同掩星数据反演湿温廓线的精度,需量化分析其误差特性.采用分段线性插值法,以时间窗1 h、水平距离100 km为匹配准则,对0.2～30 km各插值高度层温度的平均偏差和标准差进行统计分析,旨在探究不同掩星数据偏差特性.通过采用2018—2019年期间的全球探空站背景场资料完整数据,评估中国区域不同掩星数据偏差.结果表明:与全球探空站背景场资料相比,各类掩星数据绝对负偏差小于0.4 K,整体均值偏差在-0.5～0.5 K间变化,故二者探测精度相当.通过显著性检验分析发现,折射率相对偏差很小,结合统计量F=0.9857>0.05可知,不同掩星计划探测精度无显著性差异.

摘要： 等离子体层是日地环境重要的组成部分.本文利用COSMIC掩星精密定轨数据经处理后得到的podTec文件获取等离子体层电子含量(PEC)对等离子体层进行研究.将podTec数据进行处理后获得的PEC(pod-PEC)和IRI-Plas经验模型提供的PEC(IRI-PEC)进行对比,发现pod-PEC与IRI-PEC符合得较好.在低(0°-20°)、中(20°-50°)、高(50°-90°)修正地磁纬度带下,分析了COSMIC在太阳活动极大年(2014年)3,6,9和12月的pod-PEC,得到如下结论:PEC随着纬度升高而逐渐减少,且3,9月PEC在中低纬关于磁赤道的南北对称性较好,6月北半球各纬度带的PEC明显高于南半球同一纬度带的值,而12月情况则完全相反,南半球中纬的PEC甚至会等于北半球低纬的PEC值;PEC在白天高而晚上低,高纬地区的PEC昼夜变化不明显;PEC具有明显的季节性.对于北半球,一年中PEC最大值出现在春季,冬秋季次之,夏季最低,具有明显的年度异常现象.

摘要： 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。

摘要： 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。

摘要： 为了弥补中高层大气风场探测数据的不足,对2007年COSMIC全球掩星在20～60 km高度内的温度数据进行网格化插值,利用梯度风计算方法,计算得到20～60 km高度内的月平均纬向风场,分别与ECMWF再分析数据和HWM07模式进行对比分析.结果表明,利用COSMIC温度数据计算得出的纬向风与ECMWF的纬向风十分接近,而与HWM07结果有一定差异,但总体变化趋势一致.与ECMWF再分析数据相比,利用COSMIC温度数据计算的月平均纬向风场平均偏差为-1.50～-0.08 m.s-1,标准差为1.50～11.95 m·s-1.与HWM07模式风场相比,利用COSMIC温度计算的月平均纬向风场平均偏差为-0.83～1.21 m.s-1,标准差为3.69～11.14 m.s-1.

摘要： 本发明公开了一种星载实时掩星预报方法，包括先根据掩星探测仪的定位设备获取航天器的位置速度，并计算航天器轨道参数；然后计算航天器和所有导航星在10s后的位置，并计算所有导航星的俯仰角、方位角、切点高度及航天器的天线方位角，判断得到的俯仰角Elv、切点高度Hight及天线方位角是否满足掩星事件的门限，若满足，则将时间外推30s和1min，分别重复上述计算和判断过程。若全部满足，则判定该导航星为掩星。本发明通过惯导设备采用连续弧段判断掩星事件，增强了预报结果的准确性，方法简单易行，对于实时预报具有重要应用价值。

摘要： 本发明提供了一种星载偏波束设计的GNSS大气掩星天线，包括：覆盖两个频段的贴片、若干个阵元和若干层复合介质板，所述的贴片印制于复合介质板上，所述的阵元附于贴片上，其通过设有的探针进行馈电，并通过未印制贴片的复合介质板上设计的馈电网络形成偏置的波束，用于采集GNSS信号。所有阵元输入的功率均相等，且相邻的两个阵元之间相差保持恒定，形成线性相位渐变等间距线阵。本发明的GNSS大气掩星天线通过采用偏波束设计可以形成地球赋形波束，更利于掩星事件接收；另外，还可以省掉天线倾斜安装所需的支架，从而省去了天线支架重量，并减小卫星的包络尺寸。

摘要： 一种基于卫星平台系统的辅助星载掩星接收机快速定位的方法，GPS接收机接收到GPS卫星星座的信号，对该信号进行处理得到GPS星历信息、时间信息、卫星位置信息和GPS星座分布预报信息；GPS接收机接收到星务调度单元发出的辅助信息轮询指令，将得到的GPS星历信息、时间信息、卫星位置信息和GPS星座分布预报信息输出到星上网的一级CAN总线上；星务调度单元将GPS星历信息、时间信息、卫星位置信息和GPS星座分布预报信息从星上网的一级CAN总线输出到星上网的二级CAN总线上；星载掩星接收机从星上网的二级CAN总线上获得GPS星历信息、时间信息、卫星位置信息和GPS星座分布预报信息，首先对该信息进行校验，若信息有效，则利用该信息实现快速定位。本发明减小掩星接收机特定弧段开机工作首次定位时间，提高掩星观测数据的可用率。

摘要： 本发明涉及一种适用于掩星天线的非标立方星构型结构及立方星，非标立方星构型结构包括+Y板、‑Y板、+Z板、‑Z支撑框、+X支撑框、‑X支撑框，+Y板和‑Y板平行间隔布置，‑Z支撑框与+Z板平行相对布置，+X支撑框和‑X支撑框平行相对布置，+Z板与+X支撑框垂直布置；+Z板两端分别与+Y板和‑Y板的周侧边缘垂直固定连接，‑Z支撑框的两端分别与+Y板和‑Y板的周侧边缘垂直固定连接，+X支撑框的两端分别与+Y板和‑Y板的周侧边缘垂直固定连接，‑X支撑框的两端分别与+Y板和‑Y板的周侧边缘垂直固定连接；+Y板、‑Y板、+Z板、‑Z支撑框、+X支撑框、‑X支撑框合围形成立方体结构。本发明在标准6U立方星的基础上适当扩大包络尺寸，增加星内及星表可用空间。

摘要： 本发明公开一种星载GNSS掩星接收机探测系统，包括天线和接收机，所述天线与所述接收机连接，所述接收机包括依次连接的信号处理组件、时序控制组件和存储单元，所述信号处理组件用于对天线信号进行射频处理、基带处理和编码处理，形成测量数据，并输送到所述时序控制组件，所述时序控制组件用于将同一时序的多个测量数据合成一个，存储于存储单元。本发明优化了天线信号的处理过程，实现了三路不同信号的整合，降低了数传压力，提高了测量数据的连续性和测量精度。

摘要： 本发明公开了一种星载实时掩星预报方法，包括先根据掩星探测仪的定位设备获取航天器的位置速度，并计算航天器轨道参数；然后计算航天器和所有导航星在10s后的位置速度，并计算所有导航星的俯仰角、方位角、切点高度及航天器的天线方位角，判断得到的俯仰角Elv、切点高度Hight及天线方位角是否满足掩星事件的门限，若满足，则将时间外推30s和1min，分别重复上述计算和判断过程。若全部满足，则判定该导航星为掩星。本发明通过惯导设备采用连续弧段判断掩星事件，增强了预报结果的准确性，方法简单易行，对于实时预报具有重要应用价值。

摘要： 本实用新型公开一种星载GNSS掩星接收机系统，包括定位天线、掩星天线和接收端机，所述接收端机分别与所述定位天线和所述掩星天线连接，所述接收端机包括射频部组件、基带部组件、接口部组件、星务数传单元、供电选通单元和时钟单元，所述射频部组件的数量与天线的数量相同，每个所述射频部组件分别与一个天线和基带部组件连接，所述基带部组件均与所述接口部组件连接，所述接口部组件与所述星务数传单元连接，所述供电选通单元为所述接收端机的其他部分供电，所述时钟单元为所述接收端机提供系统时钟。本实用新型为每个天线配备独立的射频部组件和基带部组件，可以更好的处理天线信号，同时功耗低，适配各种卫星供电系统。

摘要： 本实用新型公开一种适于多电压的星载GNSS掩星接收机，包括射频部组件、基带部组件、接口部组件和供电部组件，所述射频部组件、基带部组件、接口部组件依次连接，所述供电部组件为其他组件供电，所述供电部组件包括供电选通单元、5V供电单元、12V供电单元、28V供电单元和42V供电单元，所述供电选通单元与所述5V供电单元、12V供电单元、28V供电单元和42V供电单元连接。本实用新型适配5V、12V、28V、42V四种不同规格的卫星供电系统，增加端机对不同卫星的适应性，还可自动调整内部供电。

摘要： 本实用新型提供了一种适用于低轨立方星的GNSS掩星天线，包括高频信号接收天线微波板、低频信号接收天线微波板、网络板等，所述反射底板上设置有三个所述低频信号接收天线微波板，每个所述低频信号接收天线微波板上分别设置有所述高频信号接收天线微波板，所述网络板位于所述反射底板、天线下盖板之间，所述反射底板、天线下盖板的材质为MB15镁合金或2A12铝合金或镁锂合金，所述网络板分别通过镀金馈电探针与所述高频信号接收天线微波板、低频信号接收天线微波板连接，所述反射底板侧面上设置有所述射频输出口。本实用新型保证其长寿命、相位中心稳定及高增益的情况下实现小体积、轻量化，适用于立方星以及微小卫星。

摘要： 本实用新型提供了一种星载GNSS掩星探测装置，由接收端机和与所述接收端机连接的定位天线、掩星天线组成；掩星天线包括高频信号接收天线微波板、低频信号接收天线微波板、反射底板、网络板、天线下盖板和射频输出口，所述高频信号接收天线微波板、低频信号接收天线微波板和反射底板叠层设置，高频信号接收天线微波板、低频信号接收天线微波板位于所述反射底板正面，所述反射底板背面与天线下盖板之间设置有所述网络板，所述网络板通过馈电探针分别与所述高频信号接收天线微波板、低频信号接收天线微波板连接，所述反射底板侧面上设置有用于与接收端机连接的射频输出口。本实用新型重点设计了掩星天线和接收端机，具备小型化、轻量化的特点。