利用GPS无线电掩星技术探测大气的探讨

介绍了GPS无线电掩星技术探测大气的原理,分析了GPS无线电掩星技术在监测全球气候变化和提高数值天气预报精度等方面的潜在贡献,最后对其应用前景进行了展望。     

利用GPS掩星资料反演大气重力波势能的方法

介绍了利用GPS掩星资料反演大气重力波势能的方法,给出了从COSMIC(constellation observing system for meteorology, ionosphere and climate)干温廓线出发,扰动温度廓线提取及势能廓线反演的具体流程,进而对2011年夏季和冬季20～30 km重力波势能的全球分布及季节变化特征进行了分析,结果与国内外已有文献基本一致。     

GPS无线电掩星技术监测地球大气关键技术

介绍了国内外GPS无线电掩星技术研究进展。针对国内无线电掩星研究现状,从工程化角度出发,分析了国内实施该技术可能面临的多方面制约因素,包括：GPS接收机;星上存储介质和高速数据传输;星载接收机精密定轨;数据同化;星座卫星组网等。     

利用GPS掩星弯曲角确定对流层顶高度

利用COSMIC提供的GPS无线电掩星观测数据,从掩星弯曲角廓线出发确定对流层顶高度,并分别与对应的掩星温度廓线确定的温度最低点对流层顶(cold point tropopause,CPT)和温度递减率对流层顶(lapse rate tropopause,LRT)、无线电探空(距离掩星事件300km以内、观测时间差异3h以内)温度廓线确定的CPT和LRT进行了对比。     

利用GPS反解大气水汽含量

介绍地基和空基ＧＰＳ气象技术,简要讨论了ＧＰＳ遥感大气水汽含量对误差源。     

利用GNSS掩星数据分析ENSO期间

厄尔尼诺-南方涛动事件(ENSO)会引起全球大气压强的异常变化. 应用2006年至2008年期间全球导航卫星系统(GNSS)掩星数据,采用几何光学反演法计算地面高度2 km处的大气压强变化,将厄尔尼诺期间(2006年12月)、拉尼娜期间(2007年12月)与正常年份(2008年12月)之间的全球大气压强求差,分析大气压强变化. 实验结果表明,利用GNSS掩星数据通过绘制全球范围某一高度的大气压强变化剖面图,可以直观地展现出ENSO期间的大气压强变化,为相关的气候变化研究提供便利参考条件.      

GNSS／LEO无线电掩星电离层探测仿真研究

无线电掩星是实现全球电离层探测的重要手段之一。针对GNSS／LEO掩星探测电离层的特点,基于电离层掩星的判决条件,通过NeQuick模型实现了电波弯曲角和绝对总电子含量的数据仿真,利用阿贝尔变换法（Abel Transform）和穿刺法实现了电离层电子密度剖面的有效反演,统计分析结果验证了NeQuick模型用于GNSS／LEO无线电掩星电离层探测仿真的可行性。     

欧洲ACE+掩星观测计划

最近，欧洲制定了一个新的ACE^ 掩星观测计划。它由4颗小卫星组成，分布在2个轨道面上。星载接收机可以分别接收GPS和Galileo(伽利略)导航星座信号，进行掩星观测。此外，4颗小卫星中的两颗卫星，携带X和K波段的发射机，另外两颗携带接收机，他们之间也进行掩星观测，测量电波振幅变化，独立反演对流层大气温度和水汽。计划创新之处在于，它以前所未有的技术和测量精度获得全球大量的电离层和中性大气的气象场资料。本文介绍ACE^ 计划观测内容、卫星载荷、地面观测设备的数据处理技术，也给出该计划的应用前景。     

GPS掩星技术反演气象要素的误差分析

利用GPS掩星技术反演气象要素会包含一些误差,误差源有：热噪声、卫星轨道误差、多路径误差、折射率常数误差、气体状态模型误差、电离层改正残差、大气边界条件误差、大气球对称假设误差、几何光学近似误差等。分析表明,通过采取适当措施,可以降低误差源的负面影响,提高反演气象要素的精度。     

星载掩星观测GPS接收机

讨论了星载掩星观测接收机的技术要求和特点，国外掩星接收机的现状和应用、接收机主要组成部分、接收机天线和相应的飞行软件。根据国内现有技术水平和掩星观测技术要求，提出我国星载掩星观测接收机研制的一些意见。     

利用COSMIC掩星资料分析大气重力波参数的全球分布特征

本文介绍了从单一温度廓线提取重力波的水平波长、垂直波长、势能和动量通量的方法,利用2007~2008年COSMIC干温廓线数据计算得到了可以表征中尺度重力波活动特征的相关参数值在各年夏季和冬季的全球分布。结果与国内外已有的相关结果在形态分布上符合较好。结果表明,在20~30 km大气层,重力波在北半球处于冬季时的活动明显强于夏季,重力波的活动呈现纬向分布特征,夏半球高纬地区的重力波活动有明显的季节性变化,重力波的活动主要受地形和对流作用影响。COSMIC数据计算的动量通量分布大致与势能分布趋于一致。     

联合地基GPS和空基COSMIC掩星的可降水量研究

基于2010年1～2月的COSMIC掩星气象观测数据和IGS地面跟踪站数据进行了统计分析,利用现有可获取的地面CORS网络和中国区域IGS跟踪站联合COSMIC掩星事件进行了处理分析,研究并设计了基于网络的大气可降水量估计服务系统。     

不同季节GPS掩星廓线精度的比较研究

以1a的探空资料为参照,对南半球4个不同季节COSMIC掩星观测的折射指数、温度及气压廓线在0～30km高度区间的精度进行了分析。结果表明,虽然就整个高度区间平均而言,春季掩星廓线的精度最差,但不同高度区间掩星廓线的精度差别较大。无论折射指数、气压还是温度,掩星廓线在5～25km区间的精度都优于0～5km与25～30km区间。在0～5km的低对流层,由于水汽的影响,夏季的折射指数廓线精度最低;冬季则最高。在5km以上,夏季气压廓线的精度比其他季节高。不同季节各高度层掩星温度廓线的精度则无显著差异。     

GPS掩星与探空观测统计比较中配对标准的比较研究

建立了直线道路和曲线道路的约束条件方程,给出了附有道路轨迹约束条件的卡尔曼滤波公式,提出了约束条件下的模糊度分解算法。本文算法中模糊度的浮点解由约束卡尔曼滤波器获得,而模糊度整数解由LAMBDA算法完成。车载GPS试验结果表明,附加轨迹信息约束的卡尔曼滤波方法可以有效地提高模糊度浮点解的精度,使得运动中整周模糊度的分解速度和成功率得到显著提高。     

约束条件对GPS水汽层析解算的影响分析

附加约束条件的层析解算是解决GPS水汽层析观测方程不适定性的主要方法之一。本文对水汽层析中用到的各种约束条件进行了详细阐述,并利用模拟的两个GPS网分析了约束条件对层析解算的影响。结果表明,当水汽在水平方向变化较为平缓时,水平约束方程的权阵对层析结果具有较大的影响。另外,当GPS网测站间的相对高差较小时,仅利用GPS技术很难实现对水汽的准确监测,且层析结果的可靠性在很大程度上依赖于先验信息的精度。但是,对于测站间相对高差较大的GPS网来说,层析结果对先验信息的依赖性明显减弱,即使不采用其它观测手段获取的先验信息,也能得到可靠的层析解。     

利用选权拟合法进行GPS水汽层析解算

附加约束条件的层析解算方法是克服GPS水汽层析观测方程不适定性的主要方法,为了避免该方法中水平约束方程权阵的选取不当对水汽层析结果产生的不良影响,将选权拟合法应用到对流层水汽参数反演中。首先利用水汽参数在空间的分布规律构建参数权矩阵,并利用L曲线法确定正则化参数,然后利用模拟实验对该方法在水汽层析解算中的应用进行了验证。结果表明,该方法可以有效地克服观测方程的不适定性,反演得到符合客观实际的结果。     

地基GPS技术遥感香港地区大气水汽含量

提出了分段多项式方法计算大气水汽含量,并结合无线电高空气象探测资料,分析并评估了地基GPS遥感技术的精度。香港地区的可降水份计算结果表明,地基GPS遥感技术的精度为1 mm~2 mm