卫星圆轨道假设对GPS无线电掩星反演地球大气参数的影响.pdfVIP

第-12卷第3期 天 文 学 报 Vol42^n{ 2001年8月 A(、TA ASTRONOMICASINICA AIlg，20(11 卫星圆轨道假设对GPS无线电掩星 反演地球大气参数的影响。 蒋 虎 中国科学院f海天文台 上海21J003U }葡姜 给冉GPS兀线电掩星反演地球大气参数过程中计算大气折射向的解析表达式以 圆轨道假殴下的^气折射角计算值为先验约柬，采用选代法对小引人圆轨道假设情况的大7L 折射角进行归彝，在此基础，利用反演方法得到r引人和不引入圆轨道假定两种情况卜大气 多数(气压和温度)的差分序列结果表明j卫早圃轨道假设对GPS无线电墙星厦演大气参 数的影响．在气压方面勾lmbar左芊亍．『f『】在气温^面为I。K左右这一结果支持了目前尢线 电掩星定性误差估计研究中通常引^卫睾圆轨道假设这个近似处珲方法的合理性；同时也丧 明：若在高精度反演地球大气参数时，摒弃圆轨道假定是必要的 关罐词 全球定位系统，无线电掩星，地球大气参数 中图分类号：r139 A 1 引言 早在20世纪60年代巾期，有人首次提出了利用无线电掩星方法来遥感地球大气参 数的理论1由于受当时的技术和物质条件制约，基于该理论得到的观测数据在数据分 布和精度方向尚有欠缺，因而它一度被搁置不过，在行星(除地球)大气观测方面，对精度 的要求不是很高，所以该弹论被广泛地用于对行星大气的探测如在水于号、先驱者号和 旅行者号等航灭飞行过程巾都进行过利用无线电掩星方法探测行星大气的研究，并且在 实践中该理沦不断地趋于成熟进入80年代后期，随着美国垒球定位系统开始实施。利用 无线电掩星方法开展地球犬气研究的工作再次受到关沣1988年，有人提出了利用GPS p星星座和尤线电掩星方法来开展全球性的地球大气监测研究的设想“，即GPS无线电 掩星监测地球大气力法1994年，Melbourne等人一。给出了GPS无线电掩犀监测地球大 气方法的 整套研究方案(包括中性大气层和电离层研究)及其模拟计算结果．1995年美 国发射成功MicroLabl卫星，其中搭载了一台GPS接收机，用于验证GPS无线电掩星监 测地球大气方法的口，行性，即称之为(-；PS／ME7l试验其后的数据分析表明：Metbournc 的方案是基本可行的。4值得一提的是：在Melbourne的方案中未对卫星阻I轨道假设对 21104l—Off一2H收到原稿，2000—12 2收到修改稿 *国家自然科学基叠重点项目(f08{3030)和上海市科学拄求发键摹台顺爿f』{114012，资助 天 文 学 报 4二崔 GPS无线电掩星反演大气参数的影响进行过定量分析，而是直接采用了卫旱圆轨道假设 进行理论推断和模拟计算．为此，本文定量估计r卫星圆轨道假设对GPS无线电掩星反 演大气参数的影响 2卫星圆轨道假设 在GPS尢线电掩星反演地球大气参数数据处理时，考虑到简化算法的需要，存不苛 求反演精度的情况下，通常引人卫星圆轨道假设3。即。由于GPS卫旱和LE()卫星的轨 道偏心率往往较小，因而将GPS和LEO卫星的轨道看成是圆轨道既然是圆轨道运动， 11星的运动速度只有横向的分量f，这样一束，中性大气层引起的折射角可姒有简单的解 析表达式．而事实上，以GPS／MEl、试验为例，LEO卫星的径向速度和横向速度比约为i： 1001]，GPS卫星则为1100．为估计卫星圆轨道假设给反演地球大气参数造成的影响，我 们采用迭代法对不引入圆轨道假没情况的大气折射角进行归算，并利用反演方?上得到按 不引八圆轨道嘏定情况下大气参数序列 3大气折射角计算公式推导 发生无线电掩星事件时，GPS卫星发出的无线电信号经过大气层折射和延逖，由犟 载的(：Ps接收机记录下信号的振幅和相位等参数采用相位变化率作为准观测量的观测 方程为： △一=(宜×1)1 xT)1 f1)