利用地球衛(wèi)星的無線電掩星技術(shù)

1、利用地球衛(wèi)星的無線電掩星技術(shù)利用地球衛(wèi)星的無線電掩星技術(shù)利用地球衛(wèi)星的無線電掩星技術(shù)——波動說處理法第1章利用地球衛(wèi)星進(jìn)行無線電掩星的背景和概述第1章利用地球衛(wèi)星進(jìn)行無線電掩星的背景和概述1.1引言本書關(guān)注無線電掩星過程中電磁波的相位和振幅。電波來自遙遠(yuǎn)的發(fā)射機，穿過中間介質(zhì)到達(dá)接收機。接收機在掩星事件過程中測量電波的相位和振幅。利用這些測量值序列可推斷中間介質(zhì)的物理特性。無線電掩星是一種探測技術(shù)，遠(yuǎn)方航天器發(fā)射的無線電波在到達(dá)接收機前

2、穿過中間的行星大氣。所謂“掩星”、“被掩”或者“星掩”是指發(fā)射機、行星及其大氣、接收機的幾何關(guān)系隨時間的變化。雖然通常涉及掩或者星食(或月食)的行星，最近使用這個詞時也包括了無星掩事件的情況，例如，通過電離層的航天器對航天器的探測或接收從反射面來的反射波。從嚴(yán)格掩星的接收機看，發(fā)射機可從被掩行星的邊緣升起或落下。當(dāng)來自發(fā)射機的無線電波經(jīng)過中間大氣層時，折射介質(zhì)會改變其傳播方向和速度。因此，相對于無中間介質(zhì)或無掩行星情況下保持不變的相應(yīng)值

3、，接收機處電波的相位和振幅均發(fā)生了改變。隨著時間的演化，接收機處就產(chǎn)生電波相位變化和振幅變化的剖面并被接收機記錄。這些剖面可提供中間介質(zhì)的折射特性信息。在地震學(xué)中，使用分布在一定地理范圍內(nèi)的地震波檢測陣列研究從遙遠(yuǎn)地震傳到每個地震波檢測器上的各種類型的地震波。使用這種陣列，可以測量波到達(dá)陣內(nèi)不同站的不同時間和各種波的譜特性。從這些觀測量中可導(dǎo)出各種波經(jīng)過的不同路徑和介質(zhì)的某些物理特性。在無線電掩星中，提供類似信息的是掩星過程中一對發(fā)射機

4、接的，使用了來自GPSMET的超過11000次掩星來復(fù)原折射率、密度、壓力、溫度和水蒸氣剖面［19］。GPSMET提供了權(quán)威的掩星技術(shù)概念的工程驗證結(jié)果，其數(shù)據(jù)集成為了具有GPS掩星能力的后續(xù)地球衛(wèi)星改進(jìn)跟蹤能力和數(shù)據(jù)處理方案的試驗平臺。GPSMET還成為評估該技術(shù)在不同應(yīng)用中科學(xué)和社會價值的基礎(chǔ)，這些應(yīng)用包括氣象學(xué)、邊界層研究、數(shù)值天氣預(yù)報(NWP)和全球氣候變化等。此后，還發(fā)射了CHAMP(2001，挑戰(zhàn)微小衛(wèi)星有效載荷衛(wèi)星)［20

5、］，SACC(2001，氣候應(yīng)用衛(wèi)星)和GRACE(2002，重力測量和氣象實驗衛(wèi)星)等衛(wèi)星，現(xiàn)在還通過這些衛(wèi)星或多或少地不斷進(jìn)行著無線電掩星觀測［21］。這些衛(wèi)星每天分別能返回近1000次掩星觀測數(shù)據(jù)。未來一些實用航天任務(wù)已被列入計劃，例如，專門用于掩星的低地球軌道氣象、電離層和氣候結(jié)構(gòu)星座觀測系統(tǒng)(COSMIC)將在2005年發(fā)射［22~24］。該系統(tǒng)將利用每天大約4000次全球分布的掩星觀測數(shù)據(jù)給出準(zhǔn)實時探測信息，這將被納入到N

6、WP工程中。而且，如俄羅斯GLONASS那樣的其他全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSSs)和歐洲正在計劃的Galileo系統(tǒng)那樣的未來導(dǎo)航系統(tǒng)，將拓展專用衛(wèi)星對衛(wèi)星掩星任務(wù)的觀測機會［25，26］。圖11低地球軌道器的掩星［91］圖11示意地描述了包括一顆LEO衛(wèi)星和GPS衛(wèi)星星座的典型掩星場景。在下落掩星中，從LEO處看到將從地球臨邊落下去的被掩GPS衛(wèi)星。所分析的穿過中性大氣(海平面高度上約100km)的典型掩星的持續(xù)時間小于100s。來