[发明专利]一种临近空间大气温度和压强廓线探测系统

说明书

本发明公开了一种临近空间大气温度和压强廓线探测系统，所述系统包括设置在发射卫星上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生成发射卫星的精密定轨观测数据；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生成接收卫星的精密定轨观测数据；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；所述大气温度和压强廓线反演模块用于反演得到大气温度和压强廓线。

技术领域

本发明涉及大气探测技术领域，具体涉及一种临近空间大气温度和压强廓线探测系统。

背景技术

随着航空航天技术的发展，越来越多的飞行器系统在临近空间(20km～100km)环境中运用，这对临近空间大气探测提出了更高的要求。目前，60km～100km高度范围内的临近空间大气探测资料匮乏，缺少有效探测手段。

GNSS掩星探测技术，综合利用无线电掩星观测数据和背景大气信息可反演近地面至60km高度的大气温度、湿度和压强廓线。然而，GNSS电磁波信号主要用于导航和定位，其频率在L波段(1～2GHz)，受电离层折射影响显著，因此GNSS掩星探测技术，对35km～60km高度范围的临近空间大气参数反演在很大程度上依赖背景大气信息，无法反演60km～100km的临近空间大气。

制约GNSS掩星35km～80km大气高精度探测的主要因素是电离层残差。前期研究表明，无线电掩星弯曲角电离层残差与双频信号平方的乘积成反比。因此，K波段电磁波信号可实现35km～80km大气温度和压强廓线的高精度独立探测。

发明内容

本发明的目的在于，为实现35km～80km大气温度和压强廓线的高精度独立探测，提供一种利用K波段电磁波信号的来获取临近空间大气温度和压强廓线的微波掩星探测方法，从而弥补GNSS掩星60km～80km大气探测的空白，摆脱35km～60km掩星大气参数反演对背景大气信息的依赖。

为实现上述目的，本发明提供的一种临近空间大气温度和压强廓线探测系统，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。

作为上述系统的一种改进，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；