GPS掩星幅度反演若干问题的研究

GPS掩星幅度反演若干问题的研究

一、GPS掩星振幅反演的若干问题研究(论文文献综述)

郭佳宾[1](2021)在《利用风云3C掩星资料分析中国对流层顶参数变化特征》文中提出21世纪以来,全球卫星导航系统(GNSS)无线电掩星技术愈发成熟,被广泛应用于大气探测和气候变化的研究当中。该技术利用导航卫星与低轨卫星之间的信号延迟来反演全球高精度大气参数。因此,GNSS无线电掩星技术在大气探测和气象预报中具有重要的应用前景。对流层顶是对流层与平流层的过渡区域,存在着频繁的水汽交换、能量传输等,可以为对流层大气进入平流层提供物理和化学的边界条件。对流层顶大气参数的空间分布和时间变化对全球气候变化以及能量平衡都具有重要的影响。然而传统观测技术由于成本高,分辨率低等缺点,无法获得高时空分辨率的对流层顶参数,而使用GNSS无线电掩星技术研究对流层顶参数及其时空变化具有诸多的优势与科学意义。本文基于风云-3C(FY-3C)气象卫星GNSS无线电掩星观测资料分析和研究了我国2015年—2019年对流层顶参数时空变化特征。首先介绍了GNSS无线电掩星技术理论和方法,并对FY-3C无线电掩星资料进行了质量分析,最后利用FY-3C无线电掩星资料分析了我国对流层顶参数的时空变化特征。主要研究结果和结论如下:(1)利用COSMIC掩星数据、无线电探空气球数据和欧洲中小尺度天气预报模型(ECMWF)产品对FY-3C掩星数据产品进行了质量检验和比较分析,结果表明,兼容双系统的FY-3C卫星GNSS掩星探测器(GNOS)具有较强的探测能力,且其数据产品具有较高的可靠性。(2)使用2°×2°的空间分辨率将整个中国区域划分为608个网格,然后统计落在每个网格内的FY-3C掩星廓线产品,分别使用LRT(Lapse Rate Tropopause)与CPT(Cold Point Tropopause)算法计算得出对流层顶参数。与全球无线探空数据和ECMWF产品计算得出的对流层顶参数进行了比较分析,结果较为一致。(3)使用2015-2019年50余万条FY-3C掩星廓线对我国对流层顶参数进行了相关时空变化特征分析,发现对流层顶参数结构具有明显的纬度分布特征与季节变化特征。通过使用中位数斜率回归法分析对流层顶参数的年际变化,发现在2015年—2019年研究时间段内中国区域对流层顶高度平均每年上升0.046km,对流层顶温度平均每年下降0.07K,压强平均每年下降0.96mbar。

谭广远[2](2021)在《风云三号电离层掩星产品评估及气候学特征研究》文中研究表明GNSS(Global Navigation Satellite System)无线电掩星观测作为一种新型探测技术,可以获取全球大气层以及电离层的三维结构,具备全天时、全天候、低成本、自校准、高精度和高垂直分辨率等技术特点。该技术所生成的大气产品(温湿压廓线)和电离层产品(电子密度廓线,电离层闪烁)可为数值天气预报、空间天气监测、大气物理研究以及电离层研究等提供重要数据支撑。我国分别于2013年以及2017年发射了风云三号(FY3)系列卫星中的C星(FY3C)以及D星(FY3D),形成了双星组网观测。此外,风云三号系列后续规划的4颗卫星(E,F,G,R)拟在未来10年内形成至少三星的连续组网观测。相较于其它国际掩星项目大多仅能接收GPS(Global Positioning System)信号的特点,风云三系列卫星搭载了全球首个能够同时接收北斗导航信号和GPS导航信号的新型载荷—全球导航卫星掩星探测仪(GNSS Occultation Sounder,GNOS)。随着风云三系列卫星的长期稳定运行,以及不同卫星的接续组网观测,亟待对积累的海量电离层掩星数据开展更广泛和深入的研究,将宝贵的电离层掩星观测资料发挥更重大的科学价值。本文追溯了无线电电离层掩星观测的发展状况,介绍了基本的电离层掩星反演原理,并基于目前在轨的风云三号系列电离层掩星数据产品的研究现状,开展了电离层产品误差评估、电离层产品应用研究等一系列工作,具体内容如下:1.介绍了基于FY3C-GNOS的无线电掩星反演系统的组成架构以及各级别掩星数据产品的反演流程,并阐述了常用的电离层掩星反演算法以及电离层闪烁的计算方法。2.系统评估了风云三号C星以及D星电离层掩星电子密度产品以及电离层闪烁产品的数据精度。结果表明,与垂测仪相比,FY3C GPS F2层峰值电子密度(F2-layer maximum electron density,Nm F2)和北斗Nm F2均表现出高于0.95的相关系数,低于10%和20%的平均偏差与标准差,证明了风云三号C星不同GNSS系统电子密度反演精度的一致性。此外,与垂测仪相比,风云三号D星的GPS Nm F2同样具有上述精度表现,证明了FY3D电子密度反演精度的可靠性以及C星与D星电子密度精度的一致性和接续性。C星的GPS F层最大幅度闪烁指数(S4max)以及D星的北斗S4max与COSMIC相比均有低于0.03和0.1的平均偏差和标准差,均表现出较为可靠的电离层闪烁观测精度。3.系统分析了FY3C-GNOS电离层气候学特征的完备性以及其与COSMIC气候学特征的一致性,尤其对其季节变化特征进行了重点的统计分析。在此过程中,综合了相应的数据质量控制和筛选方法对掩星数据进行甄选,并开发了应用于电离层气候研究的参数网格化方法对FY3C-GNOS全球气候学特征进行可视化呈现。结果表明,两者在Nm F2的电离层气候学特征中均表现出赤道异常,半年异常,年异常,威德海异常等典型气候学现象。两者也在hm F2中表现出一致的半球不对称特征和威德海异常现象,证明了FY3C-GNOS在电离层气候学研究中的可行性和可靠性。4.利用电离层掩星电子密度数据对近期低太阳活动期的IRI-2016模型进行评估与对比,为模型改善提供科学参考。结果表明,在统计分析中,IRI-2016URSI(International Union of Radio Science)Nm F2与电离层掩星Nm F2之间存在低于10%的系统偏差,IRI-2016 SHU(SHUbin)hm F2(F2层峰值高度)相比于BSE(Bilitza-Sheikh-Eyfrig)、AMTB(Altadill-Magdaleno-Torta-Blanch)hm F2的标准差降低5km左右。在气候学分析中,IRI-2016 URSI Nm F2与掩星Nm F2在电离层气候学特征上总体相同,不一致区域主要集中在海洋。相比于BSE以及AMTB hm F2选项,IRI-2016 SHU选项复现出与掩星hm F2较为一致的电离层气候学变化特征,证明了该选项融合垂测仪以及掩星hm F2数据的有效性。

苏豆豆[3](2021)在《全球降水日变化规律与GNSS-PRO降雨探测技术研究》文中认为近年来全球极端降水天气的频繁出现严重影响了人们的生产生活以及生命财产安全。工程领域中,强降雨天气容易导致卫星传输的无线电波信号发生衰减,因此,实时监测降雨、提高对强降水天气的预报预警能力、降低雨衰影响等颇为重要。随着全球导航卫星系统(GNSS)的不断发展,充分发掘其在气象领域的研究价值受到了广大学者的关注。已有研究证明GNSS极化无线电掩星(PRO)技术对雨水的存在比较敏感,可进行降雨探测,但其反演理论和方法目前尚未发展成熟。此外,明确降水地方时(LT)变化规律还可有效规避雨衰对卫星初始任务设计阶段的影响,为雨衰减值预测模型的建立提供参考。本文首先对全球降水地方时变化规律进行了统计研究。基于2009-2018年ERA5再分析资料,本文结合最邻近插值法与地方时转换公式,以研究全球以及10°S-10°N降雨带的降水地方时变化,并从四个方面分析了不同区域的地方时降水特征:平均降水、位相、日变化振幅、峰谷时年际变化。结果表明全球降水地方时变化呈“双峰”型,降水集中发生在1500LT和0300LT左右。海洋与陆地集中降水时段完全不同,陆地降水在1300-1500LT时间段集中出现,海洋降水通常在0300LT达到峰值。海洋和陆地上降水位相完全不同,海洋上降水日变化振幅远小于陆地。10°S-10°N降雨带中海洋平均小时降水随地方时变化呈“单峰”型,陆地则为“双峰”型。不同纬度的降水地方时变化不同,同一纬度不同地区的降水地方时变化也不相同,与地形、海拔、气候类型等密切相关。其次,本文对近几年新兴的一种基于GNSS极化特性进行星载强降雨探测的技术进行了研究。本文从正演模拟出发,基于程序功能模块化的思想设计并开发了降雨正演极化相移的软件。研究首次采用GPM DPR产品作为降雨率数据源,与最新的PAZ PRO观测数据进行三维匹配,共筛选出26件降雨范围广且与RO事件时空匹配的代表性降雨事件。通过选用TB、PB、SC等7种雨滴形状以及MP、LP等5种雨滴谱分布模型,依次对每个降雨事件采用T-matrix法进行前向散射计算,正演模拟获得其极化相移,并分别统计线性校正的极化相移、天线相位校正的极化相移与正演模拟的极化相移之间的皮尔逊相关系数、均方根差等参数。结果表明正演模拟值与PAZ实测数据之间存在高度的相关性,线性校正值、天线相位校正值与模拟值的皮尔逊相关系数分别为0.9994、0.9933,均方根差分别为0.3429、1.2765,模拟结果更接近线性校正后的极化相移。对比分析结果表明,模拟降雨率较小的事件(1mm/h以下)时雨滴谱采用MP或JD分布,雨滴形状采用SC或PB模拟精度更高;模拟降雨率较大的事件(1mm/h以上)最优雨滴谱采用MP或SS分布,雨滴形状采用TB模拟结果最优。综合以上研究结果可知,本文设计的降雨正演极化相移的软件可行且获得的模拟结果精度高,验证了GNSS极化测降雨的可行性,有助于完善PRO反演降雨理论以及改进反演方法,以及提高数值预报模型的准确性,为我国未来发展相关气象业务奠定理论基础。

仇通胜[4](2021)在《基于北斗三号的无线电掩星接收机信号处理关键技术研究》文中指出基于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的无线电“掩星”探测接收机亦称GNSS无线电“掩星”接收机。其因为可对全球中性大气和电离层进行探测,并具有全天候、高精度、低成本、长期稳定等优点,在数值天气预报、气候变化研究、电离层探测等领域具有广泛应用前景,所以成为地球大气探测领域中不可或缺的先进专用设备。此外,GNSS无线电“掩星”接收机的核心任务是对接收到的导航信号包括折射信号即“掩星”信号和直射信号进行实时处理。日前,我国自主建设运行的全球导航卫星系统北斗三号(BDS-3)已正式开通,并且在多个频段播发一系列导航信号为全世界用户提供公开服务。这标志着BDS-3业已成为GNSS中的重要一员,并且是GNSS无线电“掩星”接收机的重要信号源。一方面,BDS-3在设计上考虑了与其他GNSS系统的兼容和互操作。因此,针对BDS-3所播发导航信号的处理技术能够比较容易地拓展应用于处理其他GNSS系统播发的导航信号,这有利于多GNSS系统兼容设计,从而大大提高接收机的“掩星”事件观测数目。另一方面,BDS-3打破了欧美国家在GNSS领域中的长期垄断地位。基于BDS-3的GNSS无线电“掩星”接收机不仅拓展了BDS-3的应用范围,而且在与之相关的国防、科技、经济等方面的安全得到了保障。综上,本文主要针对基于BDS-3的无线电“掩星”接收机的信号处理关键技术进行研究。本文的主要工作和创新如下:1、本文详细介绍了GNSS无线电“掩星”探测技术的发展脉络和GNSS无线电“掩星”接收机及其信号处理技术的国内外发展现状,并且指明了GNSS无线电“掩星”接收机及其信号处理技术的未来发展方向。2、本文从GNSS无线电“掩星”接收机探测地球大气的系统整体出发,全面介绍了全球导航卫星系统、GNSS无线电“掩星”探测技术的基本原理和GNSS无线电“掩星”接收机的系统组成及其信号处理流程,从而揭示了三者之间的紧密联系,进一步说明了GNSS无线电“掩星”接收机的性能对GNSS无线电“掩星”探测技术反演结果的质量起到了决定性作用。3、本文系统地介绍了导航信号捕获基本原理和技术现状,并且基于“短时相干积分加FFT”的二维并行搜索方法,提出了一种“改进的串并匹配滤波器”。该“改进的串并匹配滤波器”与目前常用的“串并匹配滤波器”和“部分匹配滤波器”相比,具有最低的系统复杂度和最少的硬件资源消耗。基于该“改进的串并匹配滤波器”,并且从实际需求出发,以BDS-3为主,通过解决一系列兼容设计上的难题,提出了一种多GNSS系统兼容捕获方案。该方案能够捕获目前四大主要GNSS系统所播发的常用民用导航信号,并且具有复杂度低、硬件资源消耗少的特点。这有助于增加GNSS无线电“掩星”接收机的“掩星”事件观测数目,并且提高其定位精度等。4、本文深入研究了以BDS-3 B1C信号为代表的新一代导航信号的“子码”特点、“子码”相位快速确定方法和“子码”捕获基本原理与技术。基于此,本文首先提出了一种基于“子码特征长度向量”的“子码”相位快速确定方法,解决了“子码”符号模糊问题并进一步加快了“子码”相位的确定。紧接着,本文提出了一种新颖的“子码”捕获方法——“部分相关方法”。“部分相关方法”相比当前已有方法,硬件资源消耗更少、捕获速度更快、并且捕获概率无明显降低。这提高了GNSS无线电“掩星”接收机在同步和弱信号处理方面的性能。5、本文充分回顾并深入讨论了导航信号跟踪基本原理与技术,论述了GNSS无线电“掩星”接收机对跟踪环路的具体要求和技术路线选择。随后,基于对自适应陷波器技术和锁频环技术的深入研究,本文提出了一种基于自适应滤波器的“新型锁频环”用于信号跟踪。以跟踪BDS-3 B1C信号为例,仿真结果表明,该“新型锁频环”的跟踪灵敏度、跟踪精度和收敛速度全面优于传统二阶锁频环,从而显着提高了GNSS无线电“掩星”接收机的跟踪环路的性能。

张纪满[5](2018)在《GPS无线电掩星中性大气反演》文中研究指明GPS无线电掩星观测技术作为21世纪导航卫星应用的新兴技术,是目前空间探测技术的重要手段。GPS无线电掩星中性大气反演技术可以通过掩星观测卫星提供的全球观测资料,反演获得高精度、全天候的中性大气参数,该技术在气象预报、空间环境探测、天文观测以及国防安保等领域具有广泛的应用前景。本文基于GPS无线电掩星中性大气反演技术的基本原理以及发展现状,针对目前国内无线电掩星反演算法中存在的问题,对几何光学反演算法以及全谱反演算法进行了深入研究。考虑到无线电掩星反演过程中诸多误差因素可能导致反演结果受到影响,利用模拟仿真分析的方法进行了深入分析。以下三点为本文的主要研究内容及相应结论:(1)实现了GPS无线电掩星中性大气几何光学反演算法。本文基于COSMIC公布的附加相位延迟数据进行解算,详细介绍了基于单信号的几何光学反演算法具体流程,最终实现了中性大气几何光学反演算法,并给出了几何光学反演算例。通过反演算例可以看出,几何光学反演算法在10公里以上折射率廓线、干温及干压廓线都具有较好的反演效果,其反演结果与ECMWF结果相当,在较高对流层具有一定的可信度。(2)考虑到GPS无线电掩星中性大气反演中的误差问题,针对反演过程中可能造成反演误差的因素进行了深入的模拟仿真分析。本文基于EGOPS模拟仿真软件,采用三维射线追踪法模拟了一天426个掩星事件,并统计分析了钟差、轨道误差、噪声误差及振幅等多种误差源影响特性。得出了一些有益结论:钟的稳定度越高,其反演精度越高,为保证反演精度需求,需将钟的稳定性控制在2*10-13以上;现有的精密定轨精度,完全可以满足掩星反演需求;噪声误差对掩星反演的精度影响较大,高斯噪声误差在4mm时,最大相对偏差接近-6%;多路径误差中,周期影响远小于振幅影响,在20km以上振幅与温度均方根误差成正相关特性,振幅对中高层大气的反演精度影响较大。(3)建立了完善的GPS无线电掩星中性大气处理流程,低对流层区域采用全谱反演算法,较高对流层采用传统的几何光学反演算法。为有效解决中性大气反演中大气多路径问题,本文在低对流层采用了全谱反演方法(FSI),较高对流层采用传统的几何光学反演方法,通过Abel积分最终获得弯曲角廓线。利用该方法对COSMIC公布的掩星数据进行处理,解算结果与对应ECMWF分析场资料进行了统计比较,FSI的反演结果相对偏差绝对值在0.5%以内,标准差在2%以内,总体反演结果与COSMIC反演相差较小,说明全谱反演算法具有较高的反演精度及适用性。

于道成[6](2018)在《基于COSMIC掩星数据研究平流层大气重力波的气候特征》文中进行了进一步梳理重力波是大气中最基本的波动之一,可以在水平和垂直方向上传播能量、动量、化学和大气成分,对温度场、风场和全球大气环流有着重要影响。GPS无线电掩星技术可以提供覆盖全球、高水平和垂直分辨率、长期稳定的大气参数廓线,已被广泛应用于重力波的研究。本文利用2006年9月至2016年6月的COSMIC掩星数据,围绕平流层重力波的全球分布、季节变化、时间和空间变化、在SSW期间重力波的活动特征及其与对流层顶温度和高度相关性等几个方面展开研究。本文的主要结论如下:20-30km和30-38km高度层重力波势能季节均值的全球分布表现出了相似的空间分布和季节变化。热带和亚热带地区(30°S-30°N)势能全年较大,中高纬地区势能冬季半球较大。重力波势能和OLR(表征对流的指数)在热带地区呈现负相关,这表明对流是热带地区重力波的主要波源。重力波具有从热带对流层向上和向两极传播至上平流层的垂直传播特征。50°N和50°S纬度带重力波主要由经向山脉所激发,在背景风的作用下向上传播或被过滤掉,冬季半球盛行的强烈西风有助于重力波上传,但夏季半球较弱的西风或东风会对重力波产生过滤效应,这是中高纬重力波出现季节变化的原因。与低纬地区相比,中高纬重力波存在明显的季节变化。赤道地区重力波活动存在QBO现象。在次增温期间,重力波势能增强;但在主增温期间,势能增强不明显甚至出现减弱的现象,这主要是由纬向风的过滤效应造成。重力波是影响对流层顶结构的重要因素,中高纬地区重力波从对流层上传至平流层时抬升了对流层顶,使对流层顶变得高而冷,热带地区对流与重力波共同影响对流层顶的温度和高度。

安豪[7](2017)在《全球导航卫星信号极化相移监测降雨强度技术研究》文中认为随着全球导航卫星系统GNSS的蓬勃发展,充分挖掘GNSS大数据价值的GNSS大气海洋遥感技术得到了广泛关注,部分技术已实现业务化应用。论文以GNSS信号感知降雨信息为研究对象,针对GNSS信号极化相移监测降雨强度的关键技术和科学问题开展了研究,重点进行了以正演模型和反演算法为主的理论研究,以实验设备研制、实验设计、数据处理算法和结果对比分析为主的实验验证研究,以区域雨团信息反演为主的仿真研究,为自主发展我国的GNSS信号遥测降雨系统提供技术支撑。在理论研究方面,根据GNSS信号穿过降雨介质的微物理过程,建立了极化相移与降雨强度的关系模型,即正演模型;通过数值模拟,分析了利用该模型监测降雨强度的可行性,系统研究了雨滴谱分布、非球形粒子散射算法、雨滴形状、雨滴倾角、雨区路径长度、温度、频率和卫星仰角等因素对该模型的影响。数值模拟结果表明:该模型具有监测降雨强度的可行性。针对反演问题,提出了利用模拟退火算法寻找最优解的Bayesian方案,通过仿真数据验证了该方案的可行性。针对大气路径上的电离层、云中冰晶粒子和融化层粒子对极化相移的影响进行了评估,得出了电离层没有影响,云中冰晶粒子可忽略不计,而融化层粒子需要考虑的结论。在实验验证研究方面,首先在上述理论研究的基础上,研制了专门用于接收GNSS双极化信号的圆锥喇叭天线,搭建了地基GNSS双极化降雨探测实验系统,并以GPS信号为例,开展了两次(2015年69月、2016年711月)GNSS信号极化相移监测降雨强度的地基实验。针对实验接收原始数据是双极化的GPS载波相位的情况,逐一分析和提出了解决质量控制、失锁问题、周跳问题、电离层、中性大气、硬件效应、初值不确定、多路径效应等问题的数据处理算法,以及多源数据对比分析的数据处理方法。通过对2015年2颗和2016年13颗卫星数据的个例分析和统计分析得出:极化相移可被获取,且可判定该极化相移是由降雨引起的;极化相移和部分气象站雨量计数据、雷达反演路径平均降雨强度都具有较好的相关性,但极化相移和雷达反演路径平均降雨强度的相关性明显高于和雨量计数据的相关性;29个个例的1小时累计极化相移和4个台站的累计降雨量相比,最优的相关系数都超过0.96,甚至多个个例达到0.99,充分验证了数据处理算法的有效性以及所得极化相移的可信度。在区域仿真研究方面,为解决路径长度和降雨强度之间存在的模糊问题,同时获取区域降雨信息,以GNSS-LEO掩星事件为背景,借鉴CT技术,建立了利用一维GNSS掩星信号极化相移反演雨团二维结构的层析模型;提出了利用两种正则化算法(TSVD法、Tikhonov法)和两种正则化参数选取方法(L曲线准则、广义交叉检验准则)的反演方案;最后通过仿真方法,验证了上述反演方案分别在超定和欠定条件下的可行性和有效性,为后续该技术的天基数据处理和应用作了有益的探索研究。

孙伟[8](2015)在《基于地基GPS和掩星技术的区域电离层特征研究》文中研究说明电离层属于地球上层大气中的一部分,作为日地空间环境的重要组成部分,与人们的生活息息相关。电离层可以作为地球的保护层使各类生物免受来自太阳和宇宙的高能射线的直接辐射,同时又会显着地影响电磁波在大气中的传播,使得电磁波的传播产生散射、反射、折射、吸收等效应,对无线电波通讯、导航、卫星定位等与人类空间活动相关的活动产生巨大影响。电离层对无线电通信、导航、测量以及人类的空间活动都有着重要影响,因此,分析和研究电离层特征的变化规律和时空分布具有重要的科学意义和应用价值。极区是地球地理极点和地磁极点共同所在地,特殊的地理位置和日地空间环境决定了该地区电离层具有一定的特殊性,已成为地球空间物理学研究的重点区域。随着无线电通讯技术的发展和人类空间探测活动的日益深入,人们对认知和研究复杂的空间环境的愿望和需求越来越强烈。随着GPS技术的不断向前发展,其应用手段和方法不断扩展,随着我国国家基站站网的实施,结合掩星GPS技术的不断完善,使得GPS技术成为探测和研究电离层的新的重要技术手段,受到空间大气测量、空间物理等领域的广泛重视和研究。针对在不同的日地空间物理环境以及不同区域地理位置上,电离层特征会表现出不同的变化规律和特性,具有显着的时空变化特征,基于以上背景,本文将综合利用地基GPS和掩星技术,选取典型的中低纬地区(武汉)和高纬地区(南极),采用多源GPS实测数据和电离层函数模型提取电离层特征参量,对电离层变化和时空分布进行分析研究。本文的研究工作主要包含了以下内容:(1)基于地基GPS的高精度电离层TEC建模与获取较为系统地介绍了利用地基GPS观测数据反演电离层TEC的原理和方法,着重探讨了反演过程中载波相位平滑伪距和获取硬件延迟两个重要步骤。采用该反演方法,分析利用多项式函数、广义三角级函数和低阶球谐函数建立了武汉地区高精度的电离层TEC模型,并将拟合结果与CODE GIM结果进行了对比分析。(2)武汉地区近一个太阳周期的电离层TEC变化分析利用多项式函数建立了武汉地区的单层电离层TEC模型,获取了武汉地区近一个太阳周期的电离层TEC,对武汉地区电离层TEC的季节变化、周日变化以及半年异常变化进行了分析。(3)高精度电离层TEC应用—地震-电离层异常实例检测分析利用地基GPS观测数据和单层电离层模型获取了芦山地震、尼泊尔地震、美国加州地震前震中位置上空的电离层TEC,采用滑动窗口和四分位数相结合的统计方法,排除太阳和地磁活动对电离层扰动的影响,对三次地震前的电离层变化检测发现,芦山、尼泊尔地震震前均发生了显着的电离层异常变化,结合CODE GIM数据分析了两次地震前的电离层异常的变化和时空分布特征。(4)将球冠谐分析理论和方法引入南极地区电离层TEC建模研究将球冠谐分析理论和方法引入南极地区电离层TEC建模研究。利用南极地区的地基GPS数据,建立了南极地区的电离层TEC模型,将利用球冠谐函数获取的南极地区电离层TEC与其它函数模型拟合结果进行了比较,并结合球冠谐模型零阶项系数的物理意义,分析了其频谱特性。探讨了南极地区整体和局部地理位置电离层TEC季节变化、周日变化,对分析发现的威德尔海异常现象进行了探讨,对其发生的物理机制做了简要的解释。(5)基于掩星GPS技术的南极地区顶部电离层特征变化在详细介绍两种掩星GPS反演电离层电子密度的Abel积分方法基础上,利用南极地区的COSMIC掩星观测数据,通过与垂测仪、IRI模型进行比较对其中常用的利用TEC积分变换方法进行了验证。利用该方法反演了南极地区电离层电子密度剖面,提取了hmF2、NmF2、VSH等电离层参数,研究了太阳活动低年和高年期间南极地区的顶部电离层变化,讨论了F2层在太阳活动周期内的年际变化、季节变化、周日变化等,并且分析了南极地区顶部电离层的垂直结构特征。

屈小川[9](2014)在《GNSS无线电掩星的电离层误差特性及改正方法研究》文中提出地球大气层作为人类赖以生存的保护屏障,一直是人类研究的重要课题。相比于传统的地球大气探测手段,20世纪90年代开展的无线电掩星地球大气探测技术具有高精度、高垂直分辨率、全球覆盖、全天候观测、自校准性,以及长期稳定性等特点,十分适用于地球大气的探测研究。无线电掩星技术的大气反演资料不仅可以弥补传统大气探测手段的不足,而且还可以改善数值天气预报(NWP)的精度,以及提高全球气候变化的监测能力等等,因此无线电掩星探测技术对气象学和气候学的研究具有重大科学意义和现实意义。在无线电掩星的各种误差源中,电离层误差是主要误差源之一。而在无线电掩星数据处理中,双频线性组合只能消除或削弱电离层一阶项延迟的影响,电离层高阶项误差依然存在,影响着高层大气参数的反演精度。在太阳活动极大年,甚至会影响到25km处的大气参数的反演精度,从而限制了掩星探测技术在地球大气科学研究中的应用。因此,为改善掩星反演精度,提高掩星探测技术在地球大气科学研究中的重要作用,无线电掩星中的电离层误差研究是十分迫切必要的。由此,本文开展了相关研究工作。本文主要研究内容如下:1、从无线电掩星探测计划的发展历程出发,评述了无线电掩星探测技术的研究进展及其在地球大气科学研究中的重要作用。进一步评述了GNSS数据处理中电离层误差的研究进展,尤其是详细评述了无线电掩星的电离层误差的研究现状以及不足之处。2、阐述了无线电掩星探测技术的理论基础——Helmholtz方程,以及几何光学近似条件下的射线方程和Bouguer定律。详细描述了几何光学反演方法的基本数据处理流程,并解释和说明了一些关键的反演步骤。对当前普遍采用的无线电掩星正演方法——三维射线追踪仿真方法进行了详细介绍,为掩星的仿真分析提供依据。3、详细推导了几何光学反演方法中由附加相位误差到弯曲角、折射率、以及温度和气压等参数反演误差的公式。结合全球时空均匀分布的180次真实掩星事件的GNSS/LEO卫星轨道数据,以及相应的大气模型,利用仿真方法重点统计分析了掩星探测技术中的地球扁率、卫星星历误差、卫星钟稳定度,局部多路径效应,以及热噪声对参数反演精度的影响。4、按电离层误差的性质将其分为四个部分:电离层中射线路径/弯曲引起的中性大气延迟误差和附加射线长度,电离层一阶项延迟,以及电离层二阶项延迟。以此分类为基础,详细研究分析了电离层各项误差的特性,它们与近地点高度、太阳活动水平、地理位置,以及地方时之间的变化关系。在无线电掩星中,经双频线性组合改正后,L1和L2射线路径上的TEC差异所引起的残余误差△s1和附加射线长度误差△slen占主要成分,二阶项残余误差As2则次之,而电离层中射线路径色散/弯曲引起的中性大气延迟残余误差项△sneu几乎可以忽略不计。受电离层E层电子密度结构的影响,残余误差△s1和△slen具有明显的“凸起”结构特征;而△s1和△slen与射线路径上TEC的变化率dTEC/dt成正比关系。5、首次研究分析了无线电掩星中二阶项残余误差△82与掩星事件方位角之间的关系。研究结果表明:二阶项误差△82随掩星方位角具有正弦变化特性,最大正值和负值约分别位于方位角0°(南向)和180°(北向)上;△s2的正弦变化特性使得掩星反演参数误差也同样具有正弦变化特性,但变化趋势恰好相反,参数反演误差的最大正值和负值约分别对应误差△s2的最大负值和正值,即约分别位于方位角18°(北向)和0°(南向)上。当掩星方位角为0°/180°时,全球二阶项误差△82几乎都为正/负值。由于电离层赤道异常现象、地磁极倾斜,以及掩星射线的低高度角传播特性,使得当掩星方位角为0。时,全球二阶项误差△s2具有“三峰”结构特征,约分别位于3O°N~45°N、0°N~15°N,以及15°S~300S左右,在中等太阳活动水平下约为1.2-1.6cm。6、以上述电离层误差的分类为基础,首次分类研究分析了无线电掩星中的基于历元的附加相位组合PCE和基于碰撞参数的弯曲角组合BCI之间的差异,并指出PCE方法的不足之处。以此为出发点,提出了基于碰撞参数的附加相位组合PCI,并对比分析了PCE与PCI组合的异同点。以PCE和PCI组合的对比分析为出发点,提出了一种新的电离层误差改正方法——-PCEI方法,该组合方法融合了PCE和PCI组合,改正效果较好,且实现较为简单。分别从仿真和实测掩星数据对PCEI方法进行了验证,结果表明:PCEI方法的改正效果明显优于PCE方法,与掩星中常用的BCI方法基本相当;与CDAAC的15-35km的温度差异基本在1K以内,证明了所提的PCEI方法的正确性和有效性。7、由于PCEI组合方法中仍存在电离层残余系统误差,而未来的GPS、Galileo、Beidou等GNSS系统都可以提供三频信号,甚至多频信号。由此,论文首次对无线电掩星中的三频组合方法进行了初步研究。研究结果表明:在现有的L波段的基础上加入C波段的数据后,L波段双频组合中的电离层残余系统误差可被削弱至mm级水平,而且具有较小的热噪声;通过所反演的温度误差可知,与C波段有关的三个组合都可以获得0-40kmn内几乎无偏的温度剖面,非常适合于监测十年尺度以上的气候变化趋势;而与双频组合相比,由于噪声放大问题,L1、L2和Ls三频组合的温度反演精度并没有明显提升,反而可能会降低,需开展更有效的滤波算法研究。8、利用PCEI方法首次量化了电离层残余系统误差RIEs及其引起的参数反演误差。研究表明:全球日间掩星事件的RIEs及参数反演误差要大于夜间事件,而高纬度地区的日间和夜间事件的RIEs及参数误差的差异并不大;中低纬度地区掩星事件的RIEs及参数反演误差要大于高纬度地区。

徐贤胜[10](2012)在《GPS/LEO无线电掩星全息反演技术》文中提出利用GPS/LEO无线电掩星技术可以反演获得地球大气的各种参数。该技术具有高精度、高垂直分辨率、近实时、全天候、全球覆盖、低成本、长期稳定、没有系统漂移等优点,独立于现有的大气探测方法,可为现有的大气探测方法提供相互比对和补充。GPS/MET等掩星探测计划的成功实施验证了无线电掩星技术的可行性和准确性。目前GPS/LEO掩星资料已经业务运用到全球数值天气预报模式中,结果显示,掩星资料对改进数值天气预报有促进作用。另外,GPS/LEO掩星资料还可用于全球气候变化的研究、空间环境的监测以及大气模型的改进。它在气候学、气象学、测地学、地球动力学、空间天气等方面也有重要的研究意义。在地球大气的低对流层,水汽含量丰富、大气折射率结构复杂。GPS信号在大气中的传播会受到散射、衰减以及大气多路径、噪声、超折射等效应的影响。在中性大气反演过程中,通过各种无线电全息方法可以在一定程度上削弱大气多路径效应的影响。目前,比较成熟的全息方法主要有后向传播方法、滑动频谱方法、正则变换方法和全谱反演方法。本文将对各种全息方法的理论背景、关键环节、反演精度以及局限性进行详细比较和讨论。通过多相位屏技术对大气多路径和噪声条件下的信号进行模拟,应用各种全息方法进行反演,并将结果与真值(由折射率模型,通过Abel积分获得的结果)进行比较,评估它们的反演效果。利用全息方法对COSMIC掩星开环数据进行反演,将得到的折射率与对应的ECMWF分析场资料进行比较,讨论了各种全息方法的反演精度和局限性。本文的主要内容如下:1、介绍国际上的各种掩星探测计划:包括GPS/MET、CHAMP、GRACE、SAC-C、COSMIC等;描述地球中性大气反演流程。2、在给定大气折射率模型和卫星轨道的条件下,利用多相位屏技术模拟信号在地球中性大气层中的传播过程。模拟仿真可以实现大气反演中存在的大气单路径、多路径、超折射、噪声等各种扰动。3、分析表明,在大气多路径条件下,后向传播方法能有效地反演获得弯曲角和碰撞参数廓线,在信号的相位中加入噪声不会影响弯曲角反演结果。辅助屏的选择是后向传播方法的一个关键问题。但是辅助屏的位置不能事先确定,这是后向传播方法的不足之处。4、证实滑动频谱方法能够有效地减少大气多路径效应对弯曲角反演的影响,其探测深度低于后向传播方法,但是滑动频谱方法容易受到噪声的影响。COSMIC掩星资料的统计表明,噪声容易造成滑动频谱方法反演的折射率具有较大的正偏差和负偏差。5、经典的滑动频谱方法不进行局部极大频谱的辨别和剔除,其折射率反演结果容易受到噪声的影响。本文提出一种改进的滑动频谱方法,利用信号的振幅和谱能量信息剔除信号中部分噪声的影响,并对错误信号进行了截断处理。模拟实验和COSMIC统计结果表明,改进的滑动频谱方法不易受到噪声的影响,在一定程度上减少了经典的滑动频谱方法中出现的折射率正偏差和负偏差现象。6、模拟试验表明,正则变换方法能较准确地反演多路径条件下的信号,而且其辅助屏的选择一般不会影响反演结果。正则变换方法包含后向传播和坐标变换两个步骤,两个步骤都能减少衍射效应,但是后向传播可能比较耗时。7、利用全谱反演方法能准确地反演多路径条件下的信号,但是全谱反演方法依然会受到噪声的影响。COSMIC掩星观测与ECMWF分析场资料的统计结果表明:在5km高度以上,折射率相对误差小于0.5%。在热带的低对流层,折射率相对误差可能出现系统性负偏差,最大达到-1.5%,其原因可能是超折射效应的影响。

二、GPS掩星振幅反演的若干问题研究(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、GPS掩星振幅反演的若干问题研究(论文提纲范文)

(1)利用风云3C掩星资料分析中国对流层顶参数变化特征(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究进展与问题
        1.2.1 传统探测资料的局限性
        1.2.2 GNSS掩星资料的优越性
        1.2.3 GNSS掩星探测
        1.2.4 存在的问题
    1.3 研究内容与技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
第二章 GNSS掩星技术理论与方法
    2.1 GNSS掩星探测原理
        2.1.1 多普勒频移计算
        2.1.2 地球扁平率修正
        2.1.3 弯曲角计算
        2.1.4 电离层修正
        2.1.5 大气参数计算
    2.2 FY-3C GNSS掩星系统介绍
    2.3 本章小结
第三章 GNSS掩星反演大气参数评估
    3.1 研究数据
        3.1.1 FY-3C掩星数据
        3.1.2 COSMIC数据
        3.1.3 无线电探空数据
        3.1.4 ERA5再分析数据
    3.2 折射率精度验证
    3.3 温度精度验证
        3.3.1 FY-3C与COSMIC温度验证
        3.3.2 FY-3C与Radiosonde温度验证
        3.3.3 FY-3C与ECMWF温度验证
    3.4 压强精度验证
        3.4.1 FY-3C与COSMIC气压验证
        3.4.2 FY-3C与Radiosonde气压验证
    3.5 本章小结
第四章 中国区域对流层顶参数计算与精度验证
    4.1 研究数据
    4.2 研究区与模型构建
    4.3 对流层顶参数计算
    4.4 结果分析
    4.5 本章小结
第五章 中国区域对流层顶参数时空分布特征
    5.1 中国区对流层顶参数空间变化特征
        5.1.1 掩星分布状况
        5.1.2 对流层顶参数随纬度变化特征分析
    5.2 中国区对流层顶参数时间变化特征
        5.2.1 季节变化特征
        5.2.2 年际变化特征
    5.3 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 问题与展望
参考文献
致谢
作者简介

(2)风云三号电离层掩星产品评估及气候学特征研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 电离层的形成及其分层结构
    1.2 电离层无线电掩星探测
    1.3 FY3C/FY3D-GNOS掩星探测仪
    1.4 本文的研究内容
    1.5 本文创新点
第2章 电离层掩星反演技术及反演原理
    2.1 无线电掩星反演系统构成
        2.1.1 GNSS导航卫星星座
        2.1.2 低轨卫星
        2.1.3 地面卫星跟踪站
        2.1.4 掩星数据分析处理中心
    2.2 掩星数据反演流程
    2.3 电离层掩星电子密度反演算法
        2.3.1 基于多普勒频移的Abel反演方法
        2.3.2 基于TEC的 Abel反演方法
        2.3.3 基于TEC的改正Abel反演方法
    2.4 电离层闪烁指数计算
第3章 风云三号C、D星 GNOS电离层掩星数据与其他资料对比
    3.1 FY3C-GNOS电离层掩星数据与其他观测资料的统计对比
        3.1.1 FY3C-GNOS GPS/BDS电子密度数据与其他观测资料对比
        3.1.2 FY3C-GNOS GPS电离层闪烁数据与COSMIC对比
    3.2 FY3D-GNOS电离层掩星数据与其他观测资料的初步统计对比
        3.2.1 FY3D-GNOS GPS电子密度数据与垂测仪的初步对比
        3.2.2 FY3D-GNOS BDS电离层闪烁数据与COSMIC的初步对比
    3.3 本章小结
第4章 风云三号C星GNOS电离层掩星产品气候学特征研究与对比分析
    4.1 研究背景
    4.2 适用于电离层气候研究的无线电掩星数据的质量控制和筛选方法
        4.2.1 方法提出背景
        4.2.2 掩星数据质量控制与筛选流程
        4.2.3 掩星数据质量控制与筛选实例
    4.3 适用于电离层气候研究的无线电掩星数据网格化方法
        4.3.1 方法提出背景
        4.3.2 掩星数据网格化流程
        4.3.3 掩星数据网格化呈现全球电离层气候学特征的实例
    4.4 FY3C-GNOS与 COSMIC电子密度数据在气候学研究中的网格化方法
    4.5 FY3C-GNOS与 COSMIC电子密度数据在电离层气候学特征中的对比
        4.5.1 全球Nm F2 电离层气候学特征分析
        4.5.2 全球hmF2 电离层气候学特征分析
    4.6 本章小结
第5章 风云三号C星 GNOS电离层掩星产品与IRI-2016 模型的对比分析
    5.1 研究背景
    5.2 电离层掩星数据选取与分析方法
        5.2.1 掩星数据集数据筛选
        5.2.2 统计分析中IRI-2016 与电离层掩星Nm F2/hmF2 数据的偏差计算
        5.2.3 气候学分析中Nm F2/hmF2 的数据网格化方法
    5.3 IRI-2016 与电离层掩星数据集之间的Nm F2/hmF2 统计分析
        5.3.1 IRI-2016 与电离层掩星数据集之间Nm F2 的统计偏差
        5.3.2 IRI-2016 与电离层掩星数据集之间hmF2 的统计偏差
    5.4 IRI-2016 与电离层掩星数据集之间Nm F2/hmF2 的电离层气候学特征比较
        5.4.1 全球Nm F2 电离层气候学特征对比
        5.4.2 全球hmF2 电离层气候学特征对比
    5.5 本章小结
第6 章 总结与展望
    6.1 研究内容总结
    6.2 未来展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

(3)全球降水日变化规律与GNSS-PRO降雨探测技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 全球降水
        1.2.2 降水日变化
        1.2.3 降雨监测技术
        1.2.4 GNSS-PRO探测降雨
    1.3 论文研究内容及章节安排
        1.3.1 论文研究内容
        1.3.2 论文章节安排
第2章 全球降水地方时变化研究
    2.1 ERA5再分析资料
    2.2 数据处理方法
    2.3 结果与分析
        2.3.1 全球降水
        2.3.2 10°S-10°N降雨带降水
    2.4 本章小结
第3章 GNSS极化测降雨原理
    3.1 降雨微物理特征
        3.1.1 雨滴形状
        3.1.2 雨滴谱
        3.1.3 雨滴倾角
    3.2 雨滴前向散射特性
        3.2.1 雨滴相对复介电常数计算
        3.2.2 单一雨滴前向散射计算
        3.2.3 群雨滴前向散射计算
    3.3 GNSS极化测降雨原理
    3.4 ROHP-PAZ项目
        3.4.1 项目概述
        3.4.2 载荷和地面部分
        3.4.3 卫星运行状态
        3.4.4 数据产品
    3.5 本章小结
第4章 正演模拟实验设计
    4.1 数据产品介绍
    4.2 模拟实验设计
        4.2.1 数据输入
        4.2.2 数据匹配
        4.2.3 参数设置
        4.2.4 模型选择
        4.2.5 模拟计算
        4.2.6 对比分析
    4.3 软件模块设计
    4.4 运行环境搭建
    4.5 本章小结
第5章 实验结果与对比分析
    5.1 典型降雨事件正演模拟
        5.1.1 小雨事件模拟
        5.1.2 中雨事件模拟
    5.2 降雨事件正演结果统计与分析
    5.3 讨论
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

(4)基于北斗三号的无线电掩星接收机信号处理关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1. 研究背景及意义
        1.1.1. 研究背景
        1.1.2. 研究意义
    1.2. 国内外研究现状
        1.2.1. 美国研究现状
        1.2.2. 欧洲研究现状
        1.2.3. 国内研究现状
        1.2.4. 未来发展趋势
    1.3. 本文章节内容安排
    1.4. 本章小结
第2章 GNSS无线电掩星接收机探测地球大气的系统与原理
    2.1. 全球导航卫星系统
        2.1.1. 美国GPS系统
        2.1.2. 俄罗斯GLONASS系统
        2.1.3. 欧盟Galileo系统
        2.1.4. 中国BDS系统
        2.1.5. 日本QZSS系统
        2.1.6. 印度IRNSS系统
    2.2. 地球大气对无线电波传播的影响
        2.2.1. 中性大气对无线电波传播的影响
        2.2.2. 电离层对无线电波传播的影响
    2.3. GNSS无线电掩星接收机工作原理
        2.3.1. 基本功能
        2.3.2. 系统组成
        2.3.3. 工作原理
    2.4. 地球大气物理参数反演
        2.4.1. 掩星探测中性大气观测几何
        2.4.2. 中性大气物理参数反演
        2.4.3. 电离层物理参数反演
    2.5. 本章小结
第3章 多GNSS系统兼容捕获技术研究
    3.1. GNSS信号捕获基本原理
        3.1.1. 伪码和载波解调以及相干积分
        3.1.2. 基于相干积分的捕获判决
        3.1.3. 非相干积分及其捕获判决
    3.2. GNSS信号捕获技术现状
        3.2.1. 串行搜索方法
        3.2.2. 码相位并行搜索方法
        3.2.3. 多普勒频率并行搜索方法
        3.2.4. 二维并行搜索方法
    3.3. 改进的串并匹配滤波器
        3.3.1. 二维并行搜索方法基本原理
        3.3.2. 基于ISPMF的二维并行搜索方法
        3.3.3. 二维并行搜索方法比较
    3.4. 多GNSS系统兼容捕获方案
        3.4.1. 目标捕获信号
        3.4.2. 零中频采样率
        3.4.3. 多普勒频率与相干积分
        3.4.4. 长短伪码兼容
        3.4.5. BOC与BPSK兼容
        3.4.6. 捕获引擎设计方案
        3.4.7. 改进的辅助捕获方法
        3.4.8. 实验验证
    3.5. 本章小结
第4章 子码捕获技术研究
    4.1. 子码简介
    4.2. 子码相位快速确定
        4.2.1. 子码特征长度
        4.2.2. 子码特征长度向量
    4.3. 子码捕获技术
        4.3.1. 子码捕获基本原理
        4.3.2. 子码捕获技术现状
    4.4. 部分相关方法
        4.4.1. 基本原理
        4.4.2. 实现结构
        4.4.3. 算法性能
    4.5. 本章小结
第5章 GNSS信号跟踪技术研究
    5.1. BPSK调制信号跟踪
        5.1.1. 环路实现结构
        5.1.2. 环路积分
        5.1.3. 环路鉴别器
        5.1.4. 环路滤波器
        5.1.5. 环路性能
        5.1.6. 环路锁定检测
    5.2. BOC调制信号跟踪
        5.2.1. BJ算法
        5.2.2. DE算法
        5.2.3. AC算法
        5.2.4. DPE算法
    5.3. 新型锁频环
        5.3.1. 自适应陷波器
        5.3.2. 自适应调整算法
        5.3.3. 环路结构
        5.3.4. 环路性能
        5.3.5. 抗动态应力特性
    5.4. 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1. 本文总结
    6.2. 论文创新点和主要贡献
    6.3. 论文不足及后续研究工作
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

(5)GPS无线电掩星中性大气反演(论文提纲范文)

作者简介
中文摘要
ABSTRACT
缩略词
第一章 绪论
    1.1 GPS无线电掩星研究背景
    1.2 GPS无线电掩星中性大气反演研究现状
        1.2.1 国内外卫星计划及现状
        1.2.2 中性大气反演技术国内外研究现状
    1.3 研究内容
第二章 地球中性大气性质及无线电波折射理论
    2.1 中性大气组成及垂直结构
        2.1.1 中性大气组成
        2.1.2 中性大气垂直结构
    2.2 大气折射基础
        2.2.1 大气折射指数及折射率
        2.2.2 无线电波折射原理
    2.3 ABLE积分形式及其变换
    2.4 大气模型及数值预报模型简介
        2.4.1 大气模式
        2.4.2 ECMWF数值预报模式
    2.5 本章小结
第三章 GPS无线电掩星中性大气几何光学反演算法及误差分析
    3.1 中性大气反演原理及流程
        3.1.1 无线电掩星反演观测数据
        3.1.2 GPS无线电掩星反演原理及处理流程
    3.2 低对流层开环模式
        3.2.1 相位模型及降频转换
        3.2.2 周跳消除
    3.3 中性大气几何光学反演算法
        3.3.1 大气附加相位
        3.3.2 多普勒频移计算
        3.3.3 数据预处理
        3.3.4 地球扁率修正
        3.3.5 大气弯曲角计算
        3.3.6 电离层修正
        3.3.7 弯曲角统计优化
        3.3.8 大气参数计算
    3.4 中性大气几何光学反演算法及误差统计分析
    3.5 无线电掩星反演仿真模拟误差分析
        3.5.1 无线电掩星反演仿真模拟设置
        3.5.2 接收机钟误差
        3.5.3 卫星轨道误差
        3.5.4 噪声误差
        3.5.5 局部多路径误差
        3.5.6 综合误差分析
    3.6 本章小结
第四章 GPS无线电掩星中性大气全谱反演算法及低对流层误差分析
    4.1 大气多路径效应
    4.2 全谱反演算法
        4.2.1 非圆轨道修正
        4.2.2 Fourier积分及求解
    4.3 全谱反演算法算例及统计分析
        4.3.1 全谱反演算法算例
        4.3.2 全谱反演算法低对流层误差分析
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 本文主要研究内容
    5.2 后续研究及展望
致谢
参考文献

(6)基于COSMIC掩星数据研究平流层大气重力波的气候特征(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题背景
        1.1.1 地球大气结构
        1.1.2 大气重力波
        1.1.3 准两年振荡(QBO)
        1.1.4 射出长波辐射(OLR)
        1.1.5 平流层爆发性增温(SSW)
        1.1.6 对流层顶
    1.2 大气重力波研究意义
    1.3 大气重力波研究现状
        1.3.1 国内研究现状
        1.3.2 国外研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
第二章 利用COSMIC RO数据反演大气重力波势能
    2.1 原理与方法
        2.1.1 势能Ep的计算
        2.1.2 数据处理流程
    2.2 结果分析
    2.3 本章小结
第三章 利用COSMIC RO数据研究平流层重力波全球分布和季节变化
    3.1 重力波势能季节均值的全球分布
    3.2 60°W-80°W经度带Ep的纬度-高度分布
    3.3 热带地区Ep与OLR的关系
    3.4 重力波势能经度-高度分布
    3.5 本章小结
第四章 利用COSMIC RO数据研究全球平流层重力波年际变化
    4.1 不同高度层Ep的时间-纬度分布
    4.2 典型纬度带Ep的时间-高度分布
    4.3 典型纬度带20-30km高度层Ep的经度-时间分布
    4.4 SSW期间Ep的变化
    4.5 本章小结
第五章 利用COSMIC RO数据研究对流层顶与平流层重力波的关系
    5.1 数据与方法
        5.1.1 数据
        5.1.2 统计方法
    5.2 结果分析
        5.2.1 对流层顶高度和温度的时间-纬度分布
        5.2.2 Ep与对流层顶高度和温度相关性的垂直结构
        5.2.3 Ep与对流层顶高度和温度相关性的水平分布
    5.3 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士期间主要的科研工作
致谢

(7)全球导航卫星信号极化相移监测降雨强度技术研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 降雨强度监测技术
        1.2.2 GNSS大气海洋遥感技术
        1.2.3 GNSS信号估测降雨强度新技术
    1.3 论文研究内容与章节安排
    参考文献
第二章 GNSS系统及降雨粒子相关理论
    2.1 GNSS系统相关介绍
        2.1.1 GNSS概述
        2.1.2 GNSS信号特征
    2.2 降雨粒子特征
        2.2.1 雨滴的实际形状
        2.2.2 雨滴谱分布
        2.2.3 雨滴倾角分布
    2.3 粒子散射算法
        2.3.1 复折射率计算方法
        2.3.2 非球形粒子散射算法
    2.4 本章小结
    参考文献
第三章 正演模型及反演算法研究
    3.1 正演模型的建立
    3.2 数值模拟及可行性分析
        3.2.1 数值模拟的参数选取
        3.2.2 极化相移随降雨强度变化分析
    3.3 正演模型的影响因素分析
        3.3.1 雨滴形状影响
        3.3.2 雨滴倾角影响
        3.3.3 雨区路径长度影响
        3.3.4 温度影响
        3.3.5 频率影响
        3.3.6 卫星仰角影响
    3.4 信号路径大气极化相移评估
        3.4.1 电离层极化相移评估
        3.4.2 云中冰晶极化相移评估
        3.4.3 融化层极化相移评估
    3.5 基于仿真数据的反演算法构建及验证
        3.5.1 反演算法构建
        3.5.2 反演算法验证
    3.6 GNSS信号强降雨异源被动监测软件示范系统
        3.6.1 概述
        3.6.2 运行环境要求
        3.6.3 操作说明及功能介绍
    3.7 本章小结
    参考文献
第四章 外场实验开展及数据处理方法研究
    4.1 GNSS双极化降雨探测系统构建
        4.1.1 实验条件及实验关键指标研究
        4.1.2 GNSS双极化降雨探测系统设计
    4.2 外场实验实施
        4.2.1 天线架设指向分析
        4.2.2 架设GNSS降雨探测系统
    4.3 实验数据处理方法研究
        4.3.1 数据处理总体方案
        4.3.2 数据处理算法研究
    4.4 对比验证数据处理研究
        4.4.1 雷达体扫数据处理
        4.4.2 数据时空匹配处理
        4.4.3 路径平均降雨强度计算
    4.5 本章小结
    参考文献
第五章 实验数据预处理中周跳问题研究
    5.1 周跳相关基本理论
        5.1.1 周跳的定义
        5.1.2 周跳产生的原因
    5.2 周跳检测与修复算法研究
        5.2.1 高次差法
        5.2.2 多项式拟合法
        5.2.3 多普勒观测值法
        5.2.4 双频相位求差法
        5.2.5 电离层残差法
        5.2.6 伪距相位组合法
        5.2.7 卡尔曼滤波法
        5.2.8 小波变换法
    5.3 周跳检测与修复算法个例仿真分析
        5.3.1 双频相位求差法个例分析
        5.3.2 电离层残差法个例分析
        5.3.3 多普勒观测值法个例分析
        5.3.4 伪距相位组合法个例分析
        5.3.5 改进的高次差法个例分析
    5.4 算法对比选择与实测数据处理
        5.4.1 GPS27 号卫星原始数据分析
        5.4.2 GPS22 号卫星原始数据分析
    5.5 本章小结
    参考文献
第六章 实验结果分析
    6.1 总体概况
    6.2 2015 年实验数据分析
        6.2.1 基本情况
        6.2.2 GPS27 号卫星的情况
        6.2.3 GPS22 号卫星的情况
    6.3 多源资料对比分析
        6.3.1 GPS27 号卫星结果对比
        6.3.2 GPS22 号卫星的情况
    6.4 2016 年实验数据分析
        6.4.1 数据基本情况
        6.4.2 个例分析
        6.4.3 统计分析
    6.5 本章小结
第七章 区域雨团信息反演算法研究
    7.1 CT技术的基本原理
        7.1.1 医学CT技术基本原理
        7.1.2 GNSS电离层层析技术
        7.1.3 地基GNSS水汽层析技术
        7.1.4 GNSS雨团结构层析
    7.2 雨团结构反演的数学模型及方案
        7.2.1 层析数学物理模型建立
        7.2.2 反演实现方案
        7.2.3 层析反演算法
    7.3 数值模拟与分析
        7.3.1 掩星事件模拟与射线追踪
        7.3.2 超定条件下雨团垂直结构反演与分析
        7.3.3 欠定条件下雨团垂直结构反演与分析
    7.4 本章小结
    参考文献
第八章 总结与展望
    8.1 主要工作与结论
    8.2 主要创新点
    8.3 存在不足与展望
致谢
作者在学期间取得的学术成果

(8)基于地基GPS和掩星技术的区域电离层特征研究(论文提纲范文)

论文创新点
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 电离层研究意义
    1.2 电离层探测技术及其发展
    1.3 GPS电离层探测研究进展
        1.3.1 地基GPS电离层研究进展
        1.3.2 基于掩星GPS的电离层研究进展
        1.3.3 GPS极地电离层研究进展
    1.4 本文主要研究内容
第二章 电离层基本特性及其模型
    2.1 电离层的形成及分层结构
    2.2 太阳和地磁活动对电离层的影响
        2.2.1 太阳活动对电离层的影响
        2.2.2 地磁活动对电离层的影响
        2.2.3 太阳和地磁指数及强度分级
    2.3 电离层的变化
        2.3.1 电离层的规则变化
        2.3.2 电离层的不规则变化
    2.4 电离层模型
        2.4.1 第一类经验模型
        2.4.2 第二类经验模型
        2.4.3 IGS全球电离层图
第三章 基于地基GPS的电离层TEC反演
    3.1 GPS系统概述
        3.1.1 GPS的组成
        3.1.2 GPS的时间标示和坐标系统
        3.1.3 GPS观测值及其组合
    3.2 电离层TEC反演原理和方法
        3.2.1 电离层折射指数
        3.2.2 电离层延迟表达式
        3.2.3 电离层绝对TEC和相对TEC
        3.2.4 载波相位平滑伪距观测值
        3.2.5 GPS硬件延迟解算
    3.3 武汉地区电离层TEC获取和分析
        3.3.1 WHCORS系统简介
        3.3.2 数据处理流程
        3.3.3 几种常用模型的比较
        3.3.4 武汉地区TEC变化分析
    3.4 小结
第四章 地震-电离层异常实例检测与分析
    4.1 引言
    4.2 异常检测方法
    4.3 芦山地震电离层异常检测
        4.3.1 地基GPS TEC变化分析
        4.3.2 利用CODE GIM分析全球TEC变化
        4.3.3 电离层电子密度解算分析
    4.4 尼泊尔地震电离层异常检测
        4.4.1 太阳和地磁指数
        4.4.2 地基GPS TEC变化分析
        4.4.3 利用CODE GIM分析全球TEC变化
    4.5 美国加州地震电离层异常检测
    4.6 三次地震实例检测分析
    4.7 小结
第五章 利用球冠谐模型分析南极地区电离层TEC变化
    5.1 引言
    5.2 基于球冠谐的电离层TEC建模
    5.3 南极地区电离层TEC建模和分析
        5.3.1 数据来源
        5.3.2 南极地区电离层TEC建模及模型比较
        5.3.3 南极地区电离层TEC球冠谐模型分析
    5.4 南极地区电离层TEC变化分析
        5.4.1 时空分布特征
        5.4.2 季节变化分析
        5.4.3 周日变化及威德尔海异常分析
    5.5 小结
第六章 基于掩星技术的南极地区顶部电离层特性研究
    6.1 引言
    6.2 掩星GPS反演方法
        6.2.1 利用弯曲角进行反演
        6.2.2 利用TEC直接反演电子密度
    6.3 反演方法验证
    6.4 南极地区顶部电离层的变化
        6.4.1 南极地区的F2层特性
        6.4.2 顶部电离层的垂直结构特征
    6.5 小结
第七章 总结与展望
    7.1 本文研究总结
    7.2 下一步研究展望
参考文献
博士研究生阶段发表的论文和参与的项目
致谢

(9)GNSS无线电掩星的电离层误差特性及改正方法研究(论文提纲范文)

论文创新点
摘要
Abstract
目录
图目录
表目录
术语及缩写词
第1章 绪论
    1.1 研究背景及研究意义
    1.2 国内外研究进展概述
        1.2.1 无线电掩星探测计划的发展历程
        1.2.2 无线电掩星探测技术的研究进展
        1.2.3 无线电掩星中电离层误差的研究进展
    1.3 研究目的和主要内容
第2章 地球大气性质及大气模型
    2.1 地球大气组成及其结构
        2.1.1 中性层
        2.1.2 电离层
        2.1.3 磁层
    2.2 地球大气折射指数
        2.2.1 中性大气折射指数
        2.2.2 电离层折射指数
    2.3 地球大气模型
        2.3.1 中性大气模型
        2.3.2 电离层模型
    2.4 地球磁场及地磁场模型
        2.4.1 地球磁场
        2.4.2 地磁场模型
    2.5 本章小结
第3章 无线电掩星探测技术的基本理论
    3.1 无线电掩星探测技术的理论基础
    3.2 无线电掩星探测技术的反演方法
        3.2.1 一些基本术语和参数的含义
        3.2.2 无线电掩星的反演算法
    3.3 无线电掩星探测技术的正演方法
    3.4 无线电掩星探测技术的分辨率
        3.4.1 垂直分辨率
        3.4.2 水平分辨率
    3.5 本章小结
第4章 无线电掩星探测技术误差的理论推导与统计分析
    4.1 无线电掩星探测技术的误差分类
        4.1.1 测量误差
        4.1.2 反演算法误差
    4.2 无线电掩星探测技术误差公式的理论推导
        4.2.1 载波相位观测值误差到附加相位观测值误差
        4.2.2 附加相位观测值误差到弯曲角误差
        4.2.3 弯曲角误差到大气折射率误差
        4.2.4 大气折射率误差到温度和气压误差
    4.3 无线电掩星探测技术误差的统计分析
        4.3.1 误差统计分析方法
        4.3.2 反演算法验证
        4.3.3 误差统计分析
    4.4 本章小结
第5章 无线电掩星的电离层高阶误差特性研究
    5.1 引言
    5.2 无线电掩星中的电离层高阶误差项
    5.3 电离层高阶误差项的特性分析
        5.3.1 分析方法
        5.3.2 一维电离层模型下的电离层高阶误差特性
        5.3.3 三维电离层模型下的电离层高阶误差特性
    5.4 电离层二阶残余误差特性及对掩星反演的影响
        5.4.1 FIB和SIB二阶残余误差
        5.4.2 分析方案
        5.4.3 电离层二阶残余误差的特性分析
        5.4.4 电离层二阶残余误差对掩星反演的影响
    5.5 本章小结
第6章 无线电掩星的电离层误差改正方法研究
    6.1 引言
    6.2 当前的电离层误差改正方法
        6.2.1 基于历元的附加相位无电离层组合
        6.2.2 基于碰撞参数的弯曲角无电离层组合
        6.2.3 ICE和BCI方法的分析比较
    6.3 新的电离层误差改正方法研究
        6.3.1 基于碰撞参数的附加相位组合
        6.3.2 ICEI方法
    6.4 三频电离层组合改正方法的初步研究
        6.4.1 三频电离层组合改正方法的公式
        6.4.2 三频电离层组合改正方法的热噪声
        6.4.3 三频电离层组合改正方法的分析
    6.5 本章小结
第7章 量化电离层残余误差及其对掩星反演的影响
    7.1 仿真数据来源及方案
        7.1.1 仿真数据来源
        7.1.2 仿真方案
    7.2 电离层残余误差的统计分析
    7.3 电离层残余误差对掩星反演影响的统计分析
    7.4 本章小结
第8章 总结与展望
    8.1 本文主要工作
    8.2 未来研究工作的展望
参考文献
附录
    附录A Bouguer定理
    附录B Abel积分变换
    附录C 卫星位置误差影响的理论分析
    附录D 卫星速度误差影响的理论分析
攻读学位期间发表的论文和参加的科研项目
致谢

(10)GPS/LEO无线电掩星全息反演技术(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
英文缩略语表
目录
第一章 绪论
    1.1 地球大气
        1.1.1 探测方法
        1.1.2 研究目的
    1.2 GPS 和 LEO 星座
        1.2.1 GPS 卫星
        1.2.2 LEO 卫星
    1.3 GPS/LEO 无线电掩星技术
    1.4 论文框架和主要内容
第二章 中性地球大气参数反演的基本原理和方法
    2.1 正演问题
        2.1.1 大气折射的基本理论
    2.2 反演问题
        2.2.1 无线电掩星技术的发展历史和反演方法
        2.2.2 标准算法
第三章 大气多路径和无线电全息方法
    3.1 超折射效应
    3.2 大气多路径效应
        3.2.1 大气多路径的定义
        3.2.2 产生大气多路径的条件
        3.2.3 大气多相位屏技术
    3.3 无线电掩星全息方法
        3.3.1 全息方法的历史和背景介绍
        3.3.2 各种全息方法的粗略比较
第四章 后向传播方法
    4.1 引言
    4.2 后向传播方法的基本原理
        4.2.1 掩星坐标系
        4.2.3 后向传播
        4.2.4 计算弯曲角
    4.3 后向传播方法和几何光学方法的分析比较
        4.3.1 模拟仿真
        4.3.2 统计比较
    4.4 本章小结
第五章 滑动频谱方法
    5.1 引言
    5.2 滑动频谱方法的基本原理
        5.2.1 谐波分解
        5.2.2 计算谐波弯曲角
        5.2.3 滑动平均
    5.3 滑动频谱方法和后向传播方法的分析比较
        5.3.1 模拟仿真
        5.3.2 统计比较
        5.3.3 小结
    5.4 改进的滑动频谱方法
        5.4.1 改进的滑动频谱方法的基本原理
        5.4.2 改进的滑动频谱方法和滑动频谱方法的比较
    5.5 本章小结
第六章 正则变换方法
    6.1 引言
    6.2 正则变换方法的基本原理
        6.2.1 后向传播
        6.2.2 正则变换
        6.2.3 弯曲角计算
    6.3 计算流程及优缺点
        6.3.1 流程图
        6.3.2 优缺点
    6.4 模拟仿真
        6.4.1 大气多路径强度的影响
        6.4.2 噪声的影响
    6.5 统计比较
        6.5.1 信号的截断
        6.5.2 COSMIC 掩星资料反演及其误差分析
    6.6 本章小结
第七章 全谱反演方法
    7.1 引言
    7.2 全谱反演方法介绍
        7.2.1 Fourier 积分和驻相法
        7.2.2 非圆轨道修正
        7.2.3 计算流程
    7.3 模拟仿真
        7.3.1 多路径效应的影响
        7.3.2 噪声的影响
        7.3.3 折射率反演结果
    7.4 COSMIC 反演结果
        7.4.1 探测深度
        7.4.2 误差分析
    7.5 本章小结
第八章 结论与展望
    8.1 无线电全息方法的结果比较和讨论
    8.2 后续研究展望
附录 A 坐标系统
    A.1 地心惯性直角坐标系
    A.2 地心直角坐标系
    A.3 地心大地坐标系
    A.4 GPS 位置固定不动坐标系
    A.5 掩星坐标系
参考文献
作者在攻读博士学位期间获得的科研成果
致谢

四、GPS掩星振幅反演的若干问题研究(论文参考文献)

  • [1]利用风云3C掩星资料分析中国对流层顶参数变化特征[D]. 郭佳宾. 南京信息工程大学, 2021(01)
  • [2]风云三号电离层掩星产品评估及气候学特征研究[D]. 谭广远. 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心), 2021(01)
  • [3]全球降水日变化规律与GNSS-PRO降雨探测技术研究[D]. 苏豆豆. 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心), 2021(01)
  • [4]基于北斗三号的无线电掩星接收机信号处理关键技术研究[D]. 仇通胜. 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心), 2021(01)
  • [5]GPS无线电掩星中性大气反演[D]. 张纪满. 中国地震局地震研究所, 2018(10)
  • [6]基于COSMIC掩星数据研究平流层大气重力波的气候特征[D]. 于道成. 武汉大学, 2018(06)
  • [7]全球导航卫星信号极化相移监测降雨强度技术研究[D]. 安豪. 国防科技大学, 2017(02)
  • [8]基于地基GPS和掩星技术的区域电离层特征研究[D]. 孙伟. 武汉大学, 2015(03)
  • [9]GNSS无线电掩星的电离层误差特性及改正方法研究[D]. 屈小川. 武汉大学, 2014(06)
  • [10]GPS/LEO无线电掩星全息反演技术[D]. 徐贤胜. 上海大学, 2012(04)

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GPS掩星幅度反演若干问题的研究
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