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电离层掩星观测中，当低轨卫星（LEO）轨道高度较低时，轨道以上的电离层电子总含量（TEC）对掩星反演的影响不能忽略.目前，一般采用指数函数等外推方法来处理该问题，对反演结果可能引起较大误差.为提高电离层掩星反演精度，本文研究利用LEO处于非掩星一侧GPS观测数据的改正TEC新反演方法.用三维射线追踪程序计算出电离层掩星观测模拟数据，分别应用改正TEC方法和外推方法进行反演，将反演结果与所用模式值进行比较.结果表明：对于轨道高度约800km的GPS/MET掩星模拟数据，外推方法和改正TEC方法反演结果都与模式值基本一致；对于轨道高度约400km的CHAMP掩星模拟数据，外推方法误差较大，改正TEC方法反演结果与模式值相符得较好.将改正TEC方法应用于GPS/MET实测数据的反演，取得了合理的结果.这些说明，改正TEC算法是一种有效的电离层掩星反演方法，尤其是对于轨道较低的LEO的电离层掩星观测反演特别有用. 相似文献
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GNSS-LEO电离层无线电掩星技术是近年来发展的电离层探测新技术.为消除LEO轨道以上的电离层影响,改正TEC反演方法采用非掩星侧的观测数据进行电离层掩星反演.本文首次提出了一种新方法--基于历元差分的电离层反演方法;并将改正TEC与历元差分两种反演方法应用于模拟掩星观测数据反演,随后基于反演结果及误差分析得到一些有益的结论:历元差分反演精度较改正TEC反演精度均有所提高;不管是哪种方法,高轨(约800 km)反演结果要优于低轨(约500 km)的反演结果;随着剖面高度的降低,反演精度随之下降;反演误差主要集中在8至18时(当地时),主要分布在磁纬-30°至30°之间. 相似文献
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在无线电GPS大气掩星观测中,GPS和LEO卫星的位置误差、速度误差、卫星钟的漂移、载波相位观测误差等会给其反演的大气参量带来一定的误差.为定量分析上述GPS测量误差对大气掩星反演精度的影响,本文采用模拟分析的方法,利用CHAMP实测轨道数据和大气与电离层经验模式,采用三维射线追踪方法模拟得到大气附加相位观测数据;然后根据各种GPS测量误差的不同性质,在模拟掩星观测大气附加相位数据中加入GPS测量误差并进行反演,将其反演结果与未加入误差时的反演结果进行比较,分析各测量误差所带来的掩星反演误差的特点;利用一天的151个分布全球的掩星事件的误差结果进行统计分析.结果表明:(1)±10 m的GPS径向位置误差引起的温度反演误差的平均误差在30 km的高度为(-+)0.8K,标准偏差为0.05K;±0.4 m的LEO径向位置误差引起的温度反演误差的平均误差在30 km的高度为(-+)1.2K,标准偏差为0.07K.(2)仅考虑卫星速度误差对掩星几何关系的影响,则±30 m/s的GPS速度误差引起的温度反演误差的平均误差最大为±0.02K,标准偏差为0.3K;±10 m/s的LEO速度误差引起的温度反演误差的平均误差最大为±0.4K,标准偏差为0.06K.(3)当卫星钟漂为1×10-9时,反演温度误差的平均误差在30 km的高度为263K,标准偏差为16K,当卫星钟漂为1×10-14时,反演温度误差的平均误差在30km的高度为0.019K,标准偏差为0.004K.(4)当L1和L2载波相位观测误差分别为1 mm和2 mm时,引起的温度反演的平均误差在30 km的高度为0.01K,标准偏差为0.4K.(5)利用较接近真实观测的三维大气和电离层背景下的模拟附加相位数据,同时加入国际最新指标的各种GPS测量误差进行反演,误差分析结果为:在30 km以下,折射率和密度的相对误差小于0.3%(1σ),压强的相对误差小于0.5%(1σ),温度误差小于1K(1σ). 相似文献
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在电离层局部地区球对称假设下,推导了利用双频和单频无线电掩星观测数据,反演电离层电子密度剖面的两种方法. 双频反演的误差来自于载波相位的观测误差,单频反演误差则主要由伪距的观测精度决定. 由于载波相位测量精度比伪距测量精度高两个量级,因此双频反演的精度一般比单频反演的高些. 不过,两载波信号L1和L2之间的传播路径差异会给双频方法带来误差. 利用三维射线追踪的程序模拟的无线电掩星数据来评估这些方法,结果表明,反演出的电离层剖面与给定的模式电离层非常吻合,验证了两种方法的可靠性和准确性. 将这两种反演方法应用于处理实测的GPS/MET掩星观测数据,均能获取合理的电离层剖面信息. 且单频方法得到的反演剖面与双频方法相当一致, 这为利用LEO星载单频GPS接收机进行电离层掩星观测提供了理论基础. 相似文献
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分别在湖北省药姑山和九宫山的山头上开展GPS掩星观测实验，成功获取山基掩星观测数据，对掩星事件进行了分析和统计.给出利用山基掩星观测数据反演大气折射指数剖面和电波弯曲角的原理和算法.利用山基GPS掩星观测模拟数据，对反演方法进行试算和检验，结果表明反演方法准确可行.将该反演方法应用于观测数据的反演，获得了观测点高度以下的大气折射率剖面，以及电波弯曲角.实验结果和原理研究表明，山基掩星观测技术是一种潜在的低层大气环境监测新技术. 相似文献
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本文以MSIS90大气模式和3D NeUoG电离层模式为大气背景,用三维射线追踪法模拟研究了太阳活动强度、地方时、掩星平面方位角对弯曲角电离层残差和温度电离层残差的影响,以及电离层残差对全球日平均温度的影响.结果表明：电离层残差是平流层顶部（35~50 km）和中间层底部（50~70 km）掩星大气温度反演的主要误差.在太阳活动活跃期,电离层残差对单一掩星事件的平流层顶部平均温度的影响可达1.8 K,中间层底部平均温度的影响可达7 K;对全球日平均温度的影响在平流层顶可达-0.6 K,在70 km高度处可达1.2 K.发展新的电离层改正方法或电离层残差修正算法对提高掩星大气反演精度和全球气候监测意义重大. 相似文献
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目前电离层掩星数据反演是基于电离层电子密度分布局部球对称近似的Abel反演方法,实际电离层的非球对称性会给电子密度反演结果带来误差.本文研究利用三维电离层模式来提供电子密度水平变化的先验信息约束电离层掩星反演的方法,即三维模式约束法;并将该方法应用于模拟掩星观测数据和实测掩星数据的反演.模拟观测数据的反演结果表明,与Abel反演方法相比,三维模式约束法能够减小反演误差.采用IRI2001模式作为约束,对COSMIC电离层掩星实测数据反演,将反演结果与全球的垂测仪数据进行比较,结果表明,三维模式约束法和Abel反演方法都能很好地反演电离层掩星. 相似文献
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电离层水平水均匀性对无线电掩星资料反演的影响 总被引：2，自引：1，他引：2
电离层水平不均匀结构是引起掩星资料反演的主要误差源。本文模拟不均匀结构对无线电掩星资料反演的影响。首先利用3-D全球射线追踪技术进行了模拟。结果指出：电离层电子密度20%的变化可能引起GPS的时延增加约12m。其次，将90%的掩星时延对应的路径长度，定义为电离层掩星测量的水平分辩率，其值为1200-2000km。最后，计算了不同纬度电离层当地正午、子夜和日出时的电离层水平不对称指数。它表明：低纬夏季日出时，不对称指数达-78%，反演结果可能有较大误差。 相似文献
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无线电掩星技术是一种探测地球大气的崭新途径.菲涅耳衍射反演是GPS掩星技术中基于物理光学原理的新的反演方法.文章研究了菲涅耳及几何光学方法的反演原理，利用GPS/MET数据分别反演得到了大气折射率及温度廓线.对比分析了菲涅耳衍射方法在10 Hz、25 Hz和50 Hz三个采样频率下不同的反演结果，通过与几何光学反演结果及相应探空数据的对比分析，表明菲涅耳衍射反演得到的结果在对流层，特别是水汽含量丰富的区域中更为准确可靠. 相似文献
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The global positioning system meteorology (GPS/MET) experiment was the first practical demonstration of global navigation satellite system (GNSS)-based active limb sounding employing the radio occultation technique. This method measures, as principal observable and with millimetric accuracy, the excess phase path (relative to propagation in vacuum) of GNSS-transmitted radio waves caused by refraction during passage through the Earth’s neutral atmosphere and ionosphere in limb geometry. It shows great potential utility for weather and climate system studies in providing an unique combination of global coverage, high vertical resolution and accuracy, long-term stability, and all-weather capability. We first describe our GPS/MET data processing scheme from excess phases via bending angles to the neutral atmospheric parameters refractivity, density, pressure and temperature. Special emphasis is given to ionospheric correction methodology and the inversion of bending angles to refractivities, where we introduce a matrix inversion technique (instead of the usual integral inversion). The matrix technique is shown to lead to identical results as integral inversion but is more directly extendable to inversion by optimal estimation. The quality of GPS/MET-derived profiles is analyzed with an error estimation analysis employing a Monte Carlo technique. We consider statistical errors together with systematic errors due to upper-boundary initialization of the retrieval by a priori bending angles. Perfect initialization and properly smoothed statistical errors allow for better than 1 K temperature retrieval accuracy up to the stratopause. No initialization and statistical errors yield better than 1 K accuracy up to 30 km but less than 3 K accuracy above 40 km. Given imperfect initialization, biases ≫ 2 K propagate down to below 30 km height in unfavorable realistic cases. Furthermore, results of a statistical validation of GPS/MET profiles through comparison with atmospheric analyses of the European Centre for Medium-range Weather Forecasts (ECMWF) are presented. The comparisons indicate the high utility of the occultation data in that very good agreement of upper troposphere/lower stratosphere temperature (better than 1.5 K rms, ≪ 0.5 K bias) is found for a region (Europe+USA) where the ECMWF analyses are known to be good, but poorer agreement for a region (Southern Pacific) where the analyses are known to be degraded. 相似文献
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Inversion of GPS meteorology data 总被引：14，自引：0，他引：14
K. Hocke 《Annales Geophysicae》1997,15(4):443-450
The GPS meteorology (GPS/MET) experiment, led by the Universities Corporation for Atmospheric Research (UCAR), consists of a GPS receiver aboard a low earth orbit (LEO) satellite which was launched on 3 April 1995. During a radio occultation the LEO satellite rises or sets relative to one of the 24 GPS satellites at the Earths horizon. Thereby the atmospheric layers are successively sounded by radio waves which propagate from the GPS satellite to the LEO satellite. From the observed phase path increases, which are due to refraction of the radio waves by the ionosphere and the neutral atmosphere, the atmospheric parameter refractivity, density, pressure and temperature are calculated with high accuracy and resolution (0.5–1.5 km). In the present study, practical aspects of the GPS/MET data analysis are discussed. The retrieval is based on the Abelian integral inversion of the atmospheric bending angle profile into the refractivity index profile. The problem of the upper boundary condition of the Abelian integral is described by examples. The statistical optimization approach which is applied to the data above 40 km and the use of topside bending angle profiles from model atmospheres stabilize the inversion. The retrieved temperature profiles are compared with corresponding profiles which have already been calculated by scientists of UCAR and Jet Propulsion Laboratory (JPL), using Abelian integral inversion too. The comparison shows that in some cases large differences occur (5 K and more). This is probably due to different treatment of the upper boundary condition, data runaways and noise. Several temperature profiles with wavelike structures at tropospheric and stratospheric heights are shown. While the periodic structures at upper stratospheric heights could be caused by residual errors of the ionospheric correction method, the periodic temperature fluctuations at heights below 30 km are most likely caused by atmospheric waves (vertically propagating large-scale gravity waves and equatorial waves).Present address: Communications Research Laboratory, Upper Atmosphere Section, 4-2-1 Nukui- Kita, Koganei- shi, Tokyo 184, Japan 相似文献