[发明专利]一种临近空间大气温度和压强廓线探测系统

权利要求书

1.一种临近空间大气温度和压强廓线探测系统，其特征在于，所述系统包括设置在发射卫星上的第一精密定轨模块和微波掩星信号发射模块、设置在接收卫星上的第二精密定轨模块和微波掩星信号接收模块以及设置在上位机的大气温度和压强廓线反演模块；

所述第一精密定轨模块，用于接收GNSS信号，处理后生成发射卫星的精密定轨观测数据，发送至微波掩星信号发射模块；

所述微波掩星信号发射模块，用于生成和发射微波掩星信号，还用于将发射卫星的精密定轨观测数据发送至所述大气温度和压强廓线反演模块；

所述第二精密定轨模块，用于接收GNSS信号，处理后生成接收卫星的精密定轨观测数据，发送至微波掩星信号接收模块；

所述微波掩星信号接收模块，用于接收微波掩星信号，对信号进行处理得到微波掩星信号观测量，将接收卫星的精密定轨观测数据和微波掩星信号观测量发送至所述大气温度和压强廓线反演模块；

所述大气温度和压强廓线反演模块，用于根据发射卫星和接收卫星的精密定轨观测数据，以及微波掩星信号的观测量，反演得到大气温度和压强廓线；

所述大气温度和压强廓线反演模块包括：

数据预处理单元，用于对发射卫星和接收卫星的精密定轨观测数据进行坐标转换以及GNSS周跳的探测与修复，利用GNSS精密星历内插出所需时刻的卫星坐标，进而计算GNSS精密轨道以及接收卫星和发射卫星的POD数据；

弯曲角廓线计算单元，用于根据微波掩星信号的载波相位和幅度观测量、GNSS精密轨道和POD数据计算弯曲角廓线；

弯曲角廓线α(a)为：

其中，a为影响参数，和分别是接收卫星和发射卫星的速度在掩星平面上的投影；θ为发射卫星和接收卫星位置矢量之间的夹角；

大气折射率计算单元，用于根据弯曲角廓线，通过Abel积分变换计算大气折射率廓线n(a)：

其中，a₀为微波掩星切点处的影响参数；进而计算掩星切点的影响高度：

h＝a-R

其中，R为地球半径；

则大气折射指数廓线：

N_d(h)＝(n(h)-1)×10⁶

大气密度和压强廓线计算单元，用于基于流体静力学平衡方程和理想大气状态方程，根据大气折射率廓线计算密度和压强廓线；

随高度变化的大气密度廓线ρ(h)为：

其中，h为影响高度；M为干大气的平均分子量，R为理想气体普适常数；

随高度变化的大气压强廓线为P(h)：

其中，u为设定的上边界，P_u为上边界处的压强，g为局部重力加速度；

根据大气密度和压强廓线计算温度廓线T(h)：

2.根据权利要求1所述的临近空间大气温度和压强廓线探测系统，其特征在于，所述微波掩星信号发射模块包括前向微波掩星发射天线、后向微波掩星发射天线，前向掩星发射射频单元、后向掩星发射射频单元和发射机处理单元；

所述发射机处理单元，用于生成中频模拟信号，还用于接收第一精密定轨模块发送的发射卫星的精密定轨观测数据，并发送至所述大气温度和压强廓线反演模块；

所述前向射频发射单元，用于对中频模拟信号进行处理生成K波段的微波掩星信号，将生成的微波掩星信号发送至前向微波掩星发射天线；

所述前向微波掩星发射天线，用于发射上升掩星事件微波掩星信号；

所述后向射频发射单元，用于对中频模拟信号进行放大处理生成K波段的微波掩星信号，将生成的微波掩星信号发送至后向微波掩星发射天线；

所述后向微波掩星发射天线，用于发射下降掩星事件微波掩星信号。

3.根据权利要求2所述的临近空间大气温度和压强廓线探测系统，其特征在于，所述发射机处理单元包括超稳振荡器、基带数据处理模块、数模转换器和数据发送单元；

所述超稳振荡器，用于产生基准频率载波信号和伪随机码；

所述的基带数据处理模块，用于将伪随机码以BPSK方式调制在载波上获得基带信号，然后对基带信号进行上变频生产中频数字信号；

所述数模转换器，用于将中频数字信号转换成中频模拟信号；

所述数据发送单元，用于将接收到的发射卫星的精密定轨观测数据发送至所述大气温度和压强廓线反演模块。