一、基于GPS掩星技术反演大气参数模型的优化（论文文献综述）
郭佳宾[1]（2021）在《利用风云3C掩星资料分析中国对流层顶参数变化特征》文中研究表明21世纪以来,全球卫星导航系统（GNSS）无线电掩星技术愈发成熟,被广泛应用于大气探测和气候变化的研究当中。该技术利用导航卫星与低轨卫星之间的信号延迟来反演全球高精度大气参数。因此,GNSS无线电掩星技术在大气探测和气象预报中具有重要的应用前景。对流层顶是对流层与平流层的过渡区域,存在着频繁的水汽交换、能量传输等,可以为对流层大气进入平流层提供物理和化学的边界条件。对流层顶大气参数的空间分布和时间变化对全球气候变化以及能量平衡都具有重要的影响。然而传统观测技术由于成本高,分辨率低等缺点,无法获得高时空分辨率的对流层顶参数,而使用GNSS无线电掩星技术研究对流层顶参数及其时空变化具有诸多的优势与科学意义。本文基于风云-3C（FY-3C）气象卫星GNSS无线电掩星观测资料分析和研究了我国2015年—2019年对流层顶参数时空变化特征。首先介绍了GNSS无线电掩星技术理论和方法,并对FY-3C无线电掩星资料进行了质量分析,最后利用FY-3C无线电掩星资料分析了我国对流层顶参数的时空变化特征。主要研究结果和结论如下:（1）利用COSMIC掩星数据、无线电探空气球数据和欧洲中小尺度天气预报模型（ECMWF）产品对FY-3C掩星数据产品进行了质量检验和比较分析,结果表明,兼容双系统的FY-3C卫星GNSS掩星探测器（GNOS）具有较强的探测能力,且其数据产品具有较高的可靠性。（2）使用2°×2°的空间分辨率将整个中国区域划分为608个网格,然后统计落在每个网格内的FY-3C掩星廓线产品,分别使用LRT（Lapse Rate Tropopause）与CPT（Cold Point Tropopause）算法计算得出对流层顶参数。与全球无线探空数据和ECMWF产品计算得出的对流层顶参数进行了比较分析,结果较为一致。（3）使用2015-2019年50余万条FY-3C掩星廓线对我国对流层顶参数进行了相关时空变化特征分析,发现对流层顶参数结构具有明显的纬度分布特征与季节变化特征。通过使用中位数斜率回归法分析对流层顶参数的年际变化,发现在2015年—2019年研究时间段内中国区域对流层顶高度平均每年上升0.046km,对流层顶温度平均每年下降0.07K,压强平均每年下降0.96mbar。
孙明晨[2]（2021）在《临近空间大气星光掩星技术研究》文中提出临近空间是指高空区域20-200km的范围,因具有重要的利用价值而成为科学研究的重点。目前已知该空间环境极其复杂,其中囊括温度变化、波动、潮汐、湍流等现象;现有的天基遥感探测技术、火箭原位探测技术等探测数据已经对以上方面进行了大量的研究。大气星光掩星技术作为先进的天基探测技术中的重要一种,是利用地球大气的对星光的光谱吸收和折射特征进行行星中高层大气探测的有效手段,可探测获得大气密度、温度、成分等行星大气参数,在国内并未开展该技术的相关研究。该技术发展于上世纪六十年代,已经成功应用于地球、金星、土星、火星等行星的大气探测,并开展了一系列科学研究。星光掩星的原理为,穿过行星大气所得恒星光谱与未穿过行星大气的光谱的比值,与大气吸收成分密切相关;基于比尔-布格-朗伯定律,可用于反演得到全球相关吸收成分的数密度垂直廓线。星光掩星技术具有光路简单、探测精度高、全球覆盖性等优势。本文基于对星光掩星的前端科学研究,形成一个端对端的数据系统,即从原理分析到掩星事件仿真预报再到数据反演和误差分析,为后续形成小型化仪器奠定基础,开展了以下四个方面的工作。（1）深入分析星光掩星探测原理体制,并利用MODTRAN模式建立了掩星工作模型,对臭氧、二氧化氮、三氧化氮和氧气的特征光谱吸收线进行了分析,计算相应波段的大气透过率。基于此结果,进一步对四种成分的各吸收谱线的信噪比和相对误差进行了推导和计算。根据计算所得信噪比和相对误差,对全天区星源进行了筛选,在高信噪比和低探测误差的标准下,给出目标星源的视星等范围以及可实际利用并探测的吸收光谱线,还给出目标恒星的坐标分布以及光谱型。结果显示:可作为光源进行探测的星源视星等范围为-1.45～3.55,此时接收光谱信号信噪比大于100,探测的相对误差最小可达到1%。（2）基于为卫星轨道设计和探测载荷设计提供理论指导的目的,进行了观测事件仿真,也是对掩星观测能力的验证,即利用LEO卫星和恒星在地固坐标系中的相对坐标位置,进行恒星-LEO掩星轨道观测仿真,具体流程为:第一步读取LEO卫星和恒星的坐标位置,设定模拟观测时间为24小时;第二步判断是否处于掩星状态,当掩星事件开始时,计算并给出掩星事件发生的速度、经纬度等,直到时间结束。根据模拟结果,统计计算并分析掩星事件的日观测量、持续时间、全球分布和漂移速度等,有以下结果:1)24小时的轨道模拟期间,得到掩星事件日观测量5563次,包括上升掩星2737次,下降掩星2826次;2)从全球分布角度看,事件主要分布在低纬度,两极最少,中纬度纬度数量相当,经度方向上分布较均匀;3)从方位角的分布来看,正常掩星占总数的78.25%,平均持续时间为1.5分钟,切点的水平漂移范围为18km～600km;4)侧面掩星事件发生率为21.75%,与正常掩星对比来说,其持续时间更长,切点的水平漂移速度更大,方位角变化更大。（3）观测量仿真可实现对光谱吸收的精细结构分析,掌握观测量的状态,得到的大气透过率用以开发反演算法。首先,将天狼星的红外光谱（755nm～774nm）作为原始光谱输入,通过三维射线追踪模拟地球大气地面至110km高度的红外光线在大气中传输的路线。其中,设定频率为3.95e+14Hz,地球形状是椭球状,大气模型选为中性大气,且已知目标恒星和低轨卫星在地固系中的位置数据,得到每条光线上各个点的坐标。其次,利用HITRAN数据库输出氧分子吸收线相关参数,包括吸收线强度和低能态能量等,利用逐线积分计算分子吸收截面。最后,计算出该波段的大气透过率。为方便验证算法以及实现小型化仪器设计,选择760nm和762nm即氧气分子的特征吸收谱线,计算两谱线的大气透过率随高度的变化以及信噪比,以指导仪器设计。此外,为了更加清楚的了解实际观测量的状态,我们计算了大气折射部分引起的透过率变化。经以上模拟和计算,得到以下结果:近红外波段755nm～774nm在80km、100km、110km三个高度所得大气透过率随高度的增高而趋近于1。相比0.2nm的光谱分辨率,0.1nm分辨率时大气透过率的变化范围为0.28～1,相比较前者范围更大。此外,在110km高度透过率为0.987,探测的精确度可小一位。折射作用引起的透过率部分在60km以上为1,所以60km以上高度可忽略大气折射的作用。760nm和762nm特征吸收线处得到光强度信噪比均在100以上,当光谱分辨率为0.1nm时,光强度信噪比的值更小,说明氧气对光谱的吸收作用更强。（4）反演算法的开发是星光掩星技术的核心所在,本文利用了剥洋葱法对仿真数据进行了反演,得到氧气在0-120km的垂直数密度分布,并与MSISE00数据对比,相对误差不超过0.3%,并做了局部圆弧修正工作。为了进一步验证反演算法程序,选择GOLD和GOMOS的实测数据进行反演。其中,将反演所得130-230km的氧气与GOLD发布的数据结果对比,偏差在15%以内;反演所得臭氧的数据与GOMOS发布的结果对比,63km以下相对偏差最大不超过20%,63km以上最大不超过10%。
王耀兴[3]（2020）在《GPS掩星反演廓线质量分析及大气边界层高度反演研究》文中指出传统大气探测系统易受外界因素影响,且在高原、海洋、极地等特殊地区探测数据十分匮乏。而GPS无线电掩星技术作为一种新兴的地球大气探测手段,具有全天候观测、自校正探测精度高、花费较低廉、长期稳定、垂直分辨率高和全球覆盖等优点,对数值天气高精度预报和空间气候变化研究有重要意义。为验证掩星技术科学性,本文详细阐述了GPS无线电掩星技术的探测原理、误差来源和反演算法,利用国家卫星气象中心和CDAAC（COSMIC Data Analysis and Archival Center）提供的掩星廓线资料,与美国国家气候数据中心提供的IGRA2全球站点探空数据集进行时空匹配,对不同类型、不同纬度带、不同季节掩星廓线资料展开质量分析。经验证掩星技术科学性后,利用我国风云三号C（FY3C）掩星折射率廓线资料,对全球边界层高度时间变化特征和空间分布特征进行了深入探讨。本文主要研究内容和结论具体如下:（1）比对分析同时期不同掩星计划探测资料误差特性。结果表明:COSMIC、KOMPAST5、MetOp-A、MetOp-B、PAZ和TSX掩星偏差均值差异不大,且统计量F=0.9857>0.05,可拒绝原假设,即不同掩星数据偏差无显着性差异,GPS掩星反演廓线资料探测精度不受掩星任务影响。此外,无论是哪类掩星计划,其湿温廓线数据温度偏差均为负值,总平均偏差在-0.1-0.5 K间变化,掩星数据相对于IGRA无线电探空站资料存在绝对值小于0.4 K的负偏差,即掩星技术探测资料和传统探空站点探测精度相当;（2）比对纬度带变化、季节更替对COSMIC掩星反演廓线质量的影响。结果表明:季节变化因素对应的统计量F=0.9996>0.05,表明季节变化与温度平均偏差无显着性差异,即COSMIC湿温廓线数据质量不受季节因素变化影响;纬度带变化因素的统计量F=0.0244<0.05,表明纬度带变化因素与温度平均偏差有显着性差异,即COSMIC湿温廓线数据质量受纬度带因素变化影响。特别地,温度平均偏差峰值位于热带地区,南半球南寒带次之,这主要是由EQU和SHH地区水汽丰富影响引起的。但是,全球范围内温度平均偏差为-0.1628 K,总体低于0.2 K,COSMIC掩星反演的湿温廓线质量和探空精度相当;（3）分析不同匹配准则对GPS掩星反演廓线质量的影响。结果表明:由于观测时间差变化因素统计量F=0.412>0.05和空间距离差变化因素统计量F=0.974>0.05,均可接受原假设,表明匹配准则变化与GPS掩星数据均值偏差无显着性差异,即GPS无线电掩星折射率廓线质量不受匹配准则变化影响。此外,全球范围内FY3C温度平均偏差不超过在0.15 K,折射率平均偏差低于1%,比湿廓线平均偏差小于0.1 g/kg,全球范围内FY3C掩星数据精度和IGRA探空站资料具有一致性,即GPS掩星反演廓线质量和传统探空精度相当;（4）鉴于掩星技术的科学性,利用我国FY3C掩星数据对全球边界层高度时间变化和空间分布特征进行了深入探讨。结果表明:全球范围内平均边界层高度主要集中在地表至2 km高度处,粗略估算大约占全部样本数的70%,2 km以下各边界层高度统计频率均超过了5%。从空间分布特征方面看,海洋地区平均边界层高度明显小于陆地地区。我国平均边界层高度分布存在两个峰值覆盖区域,分别地处东南沿海和青藏高原地区,相较于周边其他区域明显较高。从时间变化特征方面看,随着月份递增,南北半球大气平均边界层高度均呈现“两个波峰,一个波谷”的变化趋势。本文有图32幅,表19个,参考文献84篇
廖蜜[4]（2020）在《风云GNOS大气掩星资料处理方法与误差分析研究》文中指出自2013年成功发射FY-3C极轨气象卫星开始,我国风云系列卫星持续运行和提供导航卫星大气掩星GNOS探测接收处理和资料应用服务。作为一项全新的业务,GNOS资料在资料预处理、产品反演、数据质量分析等方面均存在一系列需要攻关和解决的科学技术问题。本论文全面梳理了GNOS仪器特征及资料处理方法,对GPS掩星和北斗掩星探测数据的误差特性做了详细分析,针对分析中发现的低频异常信号造成的大误差廓线问题,开展低信噪比环境下对低频异常信号的订正方法研究,结合订正方法衍生的噪声因子与GNOS敏感高度相位特征值,发展了反演算法中新的质量控制方法,并对改进后的GNOS折射率资料在GRAPES同化系统中开展效果试验。本论文的主要亮点工作有:1、针对现有的风云气象卫星上的掩星数据,以直接对比、间接对比、同类交叉校验等方法,对掩星探测数据的误差特性做了详细分析。分析发现,在FY-3C（D）GNOS双频大气探测中的低频信号中（即L2信号）,在低信噪比下低层大气的跟踪和信号处理存在较大的误差。排除大误差廓线的影响,GNOS GPS掩星资料的平均偏差在0-45km范围内接近于零,再次证明了掩星探测的无偏特点,在5-25km范围内精度最高,折射率标准偏差小于1%。FY3D与FY3C之间的稳定性和继承性较好,精度相当,但仪器掩星天线在星上不利安装环境下可能出现的多径效应对掩星探测造成系统性的误差,这为后续卫星仪器的安装和地面资料处理形成新的经验。2、结合GNOS仪器设计特点,针对低频掩星异常信号造成的大误差廓线问题,利用去电离层效应原理,在Culverwell与Healy的研究基础上,以Chapman电离层模型建立高低频信号的最佳关系,提出低频信号在中低层大气低信噪比环境下的订正方法,能够显着改善GNOS大气掩星的反演精度。订正前FY3C GPS掩星大误差廓线约占18%,订正后约占2.5%,比例下降86%左右,使得能够进入统计的样本量显着增多,并且总体保持了与优质样本相当的精度,尤其在10km以下,说明订正后低层大气探测有了更多的高质量样本。3、本论文基于反映仪器探测能力的60-80km敏感区的相位值特征,结合低频异常信号订正方法引入新的噪声因子参数,以内部物理方法联合甄别出异常廓线,发展了风云气象卫星掩星探测仪器反演过程中的质量控制方法。经统计验证,新的质控方法对于FY3C GPS掩星廓线准确率为95.4%,错误率为1.8%,能够识别绝大多数的异常廓线。4、开展了国产北斗卫星掩星大气资料的探测方法研究,通过分析北斗掩星资料的特点和误差特性发现,北斗掩星在核心高度的精度表现不俗,与其他GPS掩星资料的精度有很好的一致性,表明作为世界上首个非GPS的掩星廓线,北斗掩星在核心高度的探测精度是可靠的。但是FY3D北斗的开环效果没有实际发挥出来,北斗掩星的探测深度率以及在对流层中的精度仍是探测的瓶颈。在北斗三种轨道中MEO轨道高度的掩星探测精度最高,GEO和IGSO由于精密定轨比MEO难度大,钟差精度较低,进而影响探测精度。北斗掩星的大误差廓线比例约为7.2%,主要出现在GEO和IGSO轨道掩星中,这与GPS掩星大误差出现的原因不同,还需继续开展研究工作。基于本文的研究结果,整体提升了对我国自主掩星探测仪器的认识,在低信噪比环境下低频信号在低层大气的探测有了新的解决方案,针对性地改进掩星探测数据产品的质量,为未来仪器设计和新的发展提供经验参考和解决思路。本文研究成果在风云气象卫星地面系统顺利实施,使GNOS掩星资料广泛用于国内外数值预报中心,有效助力风云气象卫星资料的实际应用。
李盼盼[5]（2020）在《基于GPS卫星信号的蒸发波导反演方法研究》文中认为大气波导是海洋上存在的一种异常的大气折射现象,电波传播轨迹异于标准大气环境,存在反常传播现象,严重影响了雷达测距、测速等。大气波导层内的电波以较小的能量衰减进行传播,可实现超视距传播,能有效解决由于地球表面存在凸起导致雷达电波作用距离有限难题,使视距之外的目标能被有效探测到。当然,在大气波导情形下,波导顶部可能会存在部分电磁波泄露而不能被捕获,因此也会导致雷达探测盲区,会影响无线电波的传播及导致雷达探测目标定位失效。因此,深入研究大气波导可以进一步指导完善雷达探测、定位捕捉目标及通信等无线电电子系统中的问题,在军事高科技电子战中具有战略性决定性意义。蒸发波导的出现具有普遍性,已成为了最受关注的大气波导类型,超视距探测在海岸、舰船雷达等实际应用的研究也主要集中在蒸发波导环境中。随着遥感及卫星通信技术的发展,利用GPS卫星信号反演蒸发波导剖面成为了可能性,相对传统探测方法及雷达海杂波探测,它具有实时性强、预测区域广的特性。本文首先介绍了大气波导的基本特性,给出了大气波导的形成机理及产生条件、分类及其形成原因,分析了大气波导传播的频率和波长条件,针对目前已经采用的蒸发波导直接探测方法、基于海洋水文气象参数的蒸发波导特征参数预测方法进行了简要阐述、分析和评价,提出了扩大蒸发波导测量范围的新技术,并对新技术进行了简述和分析。随后,在分析GPS信号传播原理的基础上,较为详细地推导了GPS信号在蒸发波导中传播的抛物方程,同时详细给出了其数值算法,重点分析了基于GPS信号反演蒸发波导的抛物方程中适用的初始场、上下边界条件及分步傅里叶算法,并对其传播损耗进行了仿真和分析,给出了基于GPS信号的大气波导反演方法。其次,介绍了神经网络BP和遗传算法GA,并将它们引入到蒸发波导的反演过程中。通过分析这两种方法的实际应用,提出了应用于蒸发波导反演的改进型GA-BP神经网络算法。给出了反演原理、步骤及流程,推出了计算传播功率分布公式,建立了GPS信号的传播功率与蒸发波导特征参数即蒸发波导高度的非线性关系。最后对改进的GA-BP神经网络算法进行了仿真实验,仿真了BP神经网络算法及经GA优化后的算法下的蒸发波导高度及蒸发波导剖面,并进行对比与分析。结果表明,两种算法对于利用GPS信号反演蒸发波导都是可行的,但GA-BP神经网络算法反演的蒸发波导剖面与理论剖面拟合的较好,误差小,GA-BP神经网络算法进一步加噪声反演后,与实际剖面更接近,表明其鲁棒性和泛化能力好。同时,说明了将GA与BP神经网络结合起来,能有效获得BP神经网络的最优初始权值和阈值,从而提高了基于GPS信号反演预测蒸发波导的准确性。
孙方方[6]（2018）在《COSMIC掩星电子密度廓线反演及比较验证》文中进行了进一步梳理GNSS无线电掩星技术是一种新兴的电离层探测的手段,拥有传统电离层观测手段无可比拟的优势。GNSS无线电掩星技术通过临边观测,可以获得地面至LEO轨道高度处的电子密度剖面,具有全球覆盖、垂直分辨率高、全天候、无系统偏差的特点。在球对称假设的前提下,电子密度剖面可以通过Abel变换由斜路径TEC序列反演得到。但在电离层水平梯度较大的区域,该方法会在E层高度引入较大的误差。本文在电离层基本理论的基础上,系统地介绍了电子密度廓线反演的流程和方法,并对COSMIC反演结果进行了验证比较。总的来说,本文的主要内容包括:（1）太阳活动对Abel变换反演的影响。太阳辐射对电离层电子形成有着重要的作用,基于EGOPS软件仿真模拟,以NeUoG模型为背景电离层,前向模拟得到附加相位延迟等数据,并使用Abel变换反演出电子密度,与模型真值相减即可计算出反演误差。对单个掩星事件不同太阳活动条件下的反演误差进行分析,结果表明Abel反演误差随太阳活动强度增加而增大。在峰值高度以下Abel反演出现较大的误差,太阳活动较强时在E层的误差甚至超过200%。（2）COSMIC反演的F2层临界频率foF2与垂测仪观测值的统计验证。利用东南亚地区同一经度带上的三个垂测仪站对构成同步观测的COSMIC数据进行验证。结果表明与COSMIC反演结果北驼峰的垂测仪站偏差最大,南驼峰的垂测仪站次之,与磁赤道附近的垂测仪站吻合最好。这主要是由于电离层电子密度的水平不均匀分布会导致以球对称假设为前提的“洋葱分层”反演算法产生较大误差。此外,对两种观测手段不同太阳活动水平下的差异、季节差异和昼夜变化也进行了研究。（3）COSMIC反演的峰值参数（NmF2和hmF2）与IRI-2016模型预测值比较。分析了太阳活动低年2008年和高年2014年不同季节的白天（1300-1500LIT）COSMIC和IRI-2016模型的NmF2和hmF2全球分布特征。COSMIC反演的峰值参数很好地捕捉到了经度方向上的变化、南北半球不对称及冬季异常等现象。与COSMIC相比,在2008年白天（1300-1500LT）,IRI模型预测值在EIA高估NmF2,而低估hmF2。IRI模型与COSMIC峰值参数的误差随当地时间和磁纬度也存在明显的变化。使用2008-2014年COSMIC掩星数据对IRI-2016模型在中国区域的性能表现和IRI-2016计算NmF2和hmF2的不同选项的优劣性进行了分析,结果发现IRI-2016模型在太阳活动高年的表现优于太阳活动低年,hmF2值输出值与COMSIC观测值的相关性低于NmF2输出值。中午时分IRICCIR模型和IRIURSI模型均高估NmF2,在太阳活动低年更为显着。在太阳活动低年的每个季节,CCIR hmF2模型和AMTB hmF2模型输出值均高于COSMIC观测值,并且AMTB模型输出值的偏差更大,尤其在冬季。Shubin模型输出值与COSMIC观测值最为接近。（4）磁暴对COSMIC反演的电子密度廓线精度的影响。使用kp>3+时期的磁低纬度地区的11个垂测仪台站峰值参数（NmF2和hmF2）数据与COSMIC同时观测的数据统计分析。结果表明,磁暴条件下NmF2相对偏差的标准差为24.93%,hmF2的绝对偏差的平均值为20.1702km,且随着磁暴等级增加反演精度下降。但整体上看,磁暴条件下COSMIC反演的电子密度廓线精度仍较好,可以用于相应的研究。
安豪[7]（2017）在《全球导航卫星信号极化相移监测降雨强度技术研究》文中指出随着全球导航卫星系统GNSS的蓬勃发展,充分挖掘GNSS大数据价值的GNSS大气海洋遥感技术得到了广泛关注,部分技术已实现业务化应用。论文以GNSS信号感知降雨信息为研究对象,针对GNSS信号极化相移监测降雨强度的关键技术和科学问题开展了研究,重点进行了以正演模型和反演算法为主的理论研究,以实验设备研制、实验设计、数据处理算法和结果对比分析为主的实验验证研究,以区域雨团信息反演为主的仿真研究,为自主发展我国的GNSS信号遥测降雨系统提供技术支撑。在理论研究方面,根据GNSS信号穿过降雨介质的微物理过程,建立了极化相移与降雨强度的关系模型,即正演模型;通过数值模拟,分析了利用该模型监测降雨强度的可行性,系统研究了雨滴谱分布、非球形粒子散射算法、雨滴形状、雨滴倾角、雨区路径长度、温度、频率和卫星仰角等因素对该模型的影响。数值模拟结果表明:该模型具有监测降雨强度的可行性。针对反演问题,提出了利用模拟退火算法寻找最优解的Bayesian方案,通过仿真数据验证了该方案的可行性。针对大气路径上的电离层、云中冰晶粒子和融化层粒子对极化相移的影响进行了评估,得出了电离层没有影响,云中冰晶粒子可忽略不计,而融化层粒子需要考虑的结论。在实验验证研究方面,首先在上述理论研究的基础上,研制了专门用于接收GNSS双极化信号的圆锥喇叭天线,搭建了地基GNSS双极化降雨探测实验系统,并以GPS信号为例,开展了两次（2015年69月、2016年711月）GNSS信号极化相移监测降雨强度的地基实验。针对实验接收原始数据是双极化的GPS载波相位的情况,逐一分析和提出了解决质量控制、失锁问题、周跳问题、电离层、中性大气、硬件效应、初值不确定、多路径效应等问题的数据处理算法,以及多源数据对比分析的数据处理方法。通过对2015年2颗和2016年13颗卫星数据的个例分析和统计分析得出:极化相移可被获取,且可判定该极化相移是由降雨引起的;极化相移和部分气象站雨量计数据、雷达反演路径平均降雨强度都具有较好的相关性,但极化相移和雷达反演路径平均降雨强度的相关性明显高于和雨量计数据的相关性;29个个例的1小时累计极化相移和4个台站的累计降雨量相比,最优的相关系数都超过0.96,甚至多个个例达到0.99,充分验证了数据处理算法的有效性以及所得极化相移的可信度。在区域仿真研究方面,为解决路径长度和降雨强度之间存在的模糊问题,同时获取区域降雨信息,以GNSS-LEO掩星事件为背景,借鉴CT技术,建立了利用一维GNSS掩星信号极化相移反演雨团二维结构的层析模型;提出了利用两种正则化算法（TSVD法、Tikhonov法）和两种正则化参数选取方法（L曲线准则、广义交叉检验准则）的反演方案;最后通过仿真方法,验证了上述反演方案分别在超定和欠定条件下的可行性和有效性,为后续该技术的天基数据处理和应用作了有益的探索研究。
罗雪倩[8]（2017）在《基于射线跟踪算法的无线电掩星技术研究》文中研究表明无线电掩星技术作为新型的大气探测手段,由于其分辨率高,长期稳定的优点,在天文、地理、国防等领域有广泛的应用前景,具有重要的研究价值。本文以无线电掩星技术和射线跟踪算法为基础,实现了射线跟踪前向模拟程序,即通过输入卫星坐标和地球大气模式,仿真出大气温度、压强、电子密度,模拟出电波从GPS卫星到达LEO卫星（低轨卫星）的传播路径,进而得到信号的相位延迟。射线跟踪前向模拟程序的实现提高了掩星数据处理效率。首先详细阐述了射线跟踪算法的理论框架和实现原理。将跟踪程序划分为初始射线路径计算、误差修正和LEO跟踪三个模块,分析了每个模块的功能和模块间的作用,逐步计算出精准的电波传播路径,进一步得到GPS信号在传播过程中受地球大气影响后的相位延迟。分别采用天基和山基两种数据来验证射线跟踪前向模拟程序的可行性。对于天基掩星,由已知的地球大气模式仿真出电离层电子密度和大气层压强,温度等,计算出电波传播路径上每一点的折射率,通过折射率得到精度较高的电波传播路径,最后计算出相位延迟。卫星坐标和相位延迟实测数据由COSMIC网站提供,对比相位延迟实测值与仿真值,得到较好的一致性。结果表明,射线跟踪前向模拟程序可用于处理天基掩星数据。对于山基掩星,于2015年在九宫山进行了山基掩星实验。实验采用IGS精密星历提供的卫星坐标和硬件接收机采集的载波相位值。山基掩星中硬件接收机采样频率与卫星坐标输出频率不一致,为了使载波相位仿真值和实测值时间对齐,采用了切比雪夫内插法进行卫星坐标内插。通过对比载波相位仿真值与实测值,实验结果表明,射线跟踪算法可用于山基掩星数据处理。通过天基和山基掩星实验验证了本文中射线跟踪前向模拟程序的可行性,证明了该算法可普遍适用于掩星数据处理,稳定性和实时性表现良好,运行效率高,为掩星反演技术提供了研究基础,在电波路径解算和山基掩星处理方面有一定的研究意义。
乐新安,郭英华,曾桢,万卫星[9]（2016）在《近地空间环境的GNSS无线电掩星探测技术》文中认为从GPS/MET计划开始,基于GNSS的无线电掩星技术已成为一种强大的近地空间环境探测手段.截至到目前,已经有20多颗发射的低轨道卫星带GPS掩星接收机,其中COSMIC是首个专门用于掩星探测的卫星星座.这些掩星数据被广泛应用于气象预报、气候与全球变化研究、及空间天气监测和电离层研究.由于COSMIC的成功,相关合作单位目前正积极推动COSMIC-2计划,该计划将总共有12颗卫星,于2016年与2019年各发射6颗.COSMIC-2将携带一个高级的GNSS掩星接收机,它将接受GPS与GLONASS信号,并具备接受其他可获得信号源的能力（如中国北斗定位信号）,其每日观测的掩星数量将是COSMIC的46倍.同时COSMIC-2还将携带两个空间天气载荷,加强空间天气的监测能力.本文以COSMIC与COSMIC-2计划为主线,对掩星的发展历史、技术要点进行了简单介绍,并简要综述了COSMIC取得的部分科学成果,同时对未来包括技术发展和众多的掩星观测进行了展望.
孙伟[10]（2015）在《基于地基GPS和掩星技术的区域电离层特征研究》文中提出电离层属于地球上层大气中的一部分,作为日地空间环境的重要组成部分,与人们的生活息息相关。电离层可以作为地球的保护层使各类生物免受来自太阳和宇宙的高能射线的直接辐射,同时又会显着地影响电磁波在大气中的传播,使得电磁波的传播产生散射、反射、折射、吸收等效应,对无线电波通讯、导航、卫星定位等与人类空间活动相关的活动产生巨大影响。电离层对无线电通信、导航、测量以及人类的空间活动都有着重要影响,因此,分析和研究电离层特征的变化规律和时空分布具有重要的科学意义和应用价值。极区是地球地理极点和地磁极点共同所在地,特殊的地理位置和日地空间环境决定了该地区电离层具有一定的特殊性,已成为地球空间物理学研究的重点区域。随着无线电通讯技术的发展和人类空间探测活动的日益深入,人们对认知和研究复杂的空间环境的愿望和需求越来越强烈。随着GPS技术的不断向前发展,其应用手段和方法不断扩展,随着我国国家基站站网的实施,结合掩星GPS技术的不断完善,使得GPS技术成为探测和研究电离层的新的重要技术手段,受到空间大气测量、空间物理等领域的广泛重视和研究。针对在不同的日地空间物理环境以及不同区域地理位置上,电离层特征会表现出不同的变化规律和特性,具有显着的时空变化特征,基于以上背景,本文将综合利用地基GPS和掩星技术,选取典型的中低纬地区（武汉）和高纬地区（南极）,采用多源GPS实测数据和电离层函数模型提取电离层特征参量,对电离层变化和时空分布进行分析研究。本文的研究工作主要包含了以下内容：（1）基于地基GPS的高精度电离层TEC建模与获取较为系统地介绍了利用地基GPS观测数据反演电离层TEC的原理和方法,着重探讨了反演过程中载波相位平滑伪距和获取硬件延迟两个重要步骤。采用该反演方法,分析利用多项式函数、广义三角级函数和低阶球谐函数建立了武汉地区高精度的电离层TEC模型,并将拟合结果与CODE GIM结果进行了对比分析。（2）武汉地区近一个太阳周期的电离层TEC变化分析利用多项式函数建立了武汉地区的单层电离层TEC模型,获取了武汉地区近一个太阳周期的电离层TEC,对武汉地区电离层TEC的季节变化、周日变化以及半年异常变化进行了分析。（3）高精度电离层TEC应用—地震-电离层异常实例检测分析利用地基GPS观测数据和单层电离层模型获取了芦山地震、尼泊尔地震、美国加州地震前震中位置上空的电离层TEC,采用滑动窗口和四分位数相结合的统计方法,排除太阳和地磁活动对电离层扰动的影响,对三次地震前的电离层变化检测发现,芦山、尼泊尔地震震前均发生了显着的电离层异常变化,结合CODE GIM数据分析了两次地震前的电离层异常的变化和时空分布特征。（4）将球冠谐分析理论和方法引入南极地区电离层TEC建模研究将球冠谐分析理论和方法引入南极地区电离层TEC建模研究。利用南极地区的地基GPS数据,建立了南极地区的电离层TEC模型,将利用球冠谐函数获取的南极地区电离层TEC与其它函数模型拟合结果进行了比较,并结合球冠谐模型零阶项系数的物理意义,分析了其频谱特性。探讨了南极地区整体和局部地理位置电离层TEC季节变化、周日变化,对分析发现的威德尔海异常现象进行了探讨,对其发生的物理机制做了简要的解释。（5）基于掩星GPS技术的南极地区顶部电离层特征变化在详细介绍两种掩星GPS反演电离层电子密度的Abel积分方法基础上,利用南极地区的COSMIC掩星观测数据,通过与垂测仪、IRI模型进行比较对其中常用的利用TEC积分变换方法进行了验证。利用该方法反演了南极地区电离层电子密度剖面,提取了hmF2、NmF2、VSH等电离层参数,研究了太阳活动低年和高年期间南极地区的顶部电离层变化,讨论了F2层在太阳活动周期内的年际变化、季节变化、周日变化等,并且分析了南极地区顶部电离层的垂直结构特征。
二、基于GPS掩星技术反演大气参数模型的优化（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、基于GPS掩星技术反演大气参数模型的优化（论文提纲范文）
（1）利用风云3C掩星资料分析中国对流层顶参数变化特征（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究进展与问题 |
| 1.2.1 传统探测资料的局限性 |
| 1.2.2 GNSS掩星资料的优越性 |
| 1.2.3 GNSS掩星探测 |
| 1.2.4 存在的问题 |
| 1.3 研究内容与技术路线 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 第二章 GNSS掩星技术理论与方法 |
| 2.1 GNSS掩星探测原理 |
| 2.1.1 多普勒频移计算 |
| 2.1.2 地球扁平率修正 |
| 2.1.3 弯曲角计算 |
| 2.1.4 电离层修正 |
| 2.1.5 大气参数计算 |
| 2.2 FY-3C GNSS掩星系统介绍 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 GNSS掩星反演大气参数评估 |
| 3.1 研究数据 |
| 3.1.1 FY-3C掩星数据 |
| 3.1.2 COSMIC数据 |
| 3.1.3 无线电探空数据 |
| 3.1.4 ERA5再分析数据 |
| 3.2 折射率精度验证 |
| 3.3 温度精度验证 |
| 3.3.1 FY-3C与COSMIC温度验证 |
| 3.3.2 FY-3C与Radiosonde温度验证 |
| 3.3.3 FY-3C与ECMWF温度验证 |
| 3.4 压强精度验证 |
| 3.4.1 FY-3C与COSMIC气压验证 |
| 3.4.2 FY-3C与Radiosonde气压验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 中国区域对流层顶参数计算与精度验证 |
| 4.1 研究数据 |
| 4.2 研究区与模型构建 |
| 4.3 对流层顶参数计算 |
| 4.4 结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 中国区域对流层顶参数时空分布特征 |
| 5.1 中国区对流层顶参数空间变化特征 |
| 5.1.1 掩星分布状况 |
| 5.1.2 对流层顶参数随纬度变化特征分析 |
| 5.2 中国区对流层顶参数时间变化特征 |
| 5.2.1 季节变化特征 |
| 5.2.2 年际变化特征 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 问题与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（2）临近空间大气星光掩星技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 大气星光掩星探测技术的国内外研究现状 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 国外研究现状 |
| 1.1.3 国内研究现状 |
| 1.2 本文的研究目的和主要研究内容 |
| 1.3 本章小结 |
| 第二章 星光在地球大气中的传输特性 |
| 2.1 地球大气的吸收 |
| 2.1.1 紫外大气分子吸收 |
| 2.1.2 可见和近红外大气分子吸收 |
| 2.1.3 消光截面 |
| 2.2 地球大气瑞利散射 |
| 2.3 光线在大气中的折射 |
| 2.4 谱线形成 |
| 2.4.1 波尔模型 |
| 2.4.2 振动跃迁和转动跃迁 |
| 2.4.3 大气吸收光谱 |
| 2.5 比尔-布格-朗伯(Beer-Bouguer-Lambert)定律 |
| 2.6 星光在大气中的辐射传输方程 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 恒星光源以及坐标系 |
| 3.1 恒星光源 |
| 3.1.1 恒星视星等、亮度等基本特性 |
| 3.1.2 恒星光谱 |
| 3.2 坐标系计算 |
| 3.2.1 天球坐标系 |
| 3.2.2 地固坐标系 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 星光掩星探测技术 |
| 4.1 探测技术原理 |
| 4.2 数据处理流程 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 星光掩星技术目标星源特性分析 |
| 5.1 大气吸收光谱的仿真 |
| 5.1.1 MODTRAD模式 |
| 5.1.2 仿真过程及结果 |
| 5.2 观测信号信噪比和探测精度 |
| 5.2.1 观测信号信噪比计算 |
| 5.2.2 探测精度估计 |
| 5.3 不同恒星视星等对探测结果的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 星光掩星事件和轨道仿真技术 |
| 6.1 星光掩星轨道仿真 |
| 6.1.1 星光掩星轨道仿真基本流程 |
| 6.1.2 星光掩星轨道仿真算法 |
| 6.1.3 星光掩星轨道仿真的结果和讨论 |
| 6.2 星光掩星观测数据仿真 |
| 6.2.1 星光掩星观测数据仿真基本流程 |
| 6.2.2 星光掩星观测数据仿真算法 |
| 6.2.3 星光掩星观测数据仿真结果和讨论 |
| 6.2.4 星光掩星紫外观测数据仿真 |
| 6.3 本章小结 |
| 第七章 剥洋葱法星光掩星数据反演技术 |
| 7.1 星光掩星反演原理 |
| 7.2 星光掩星反演算法 |
| 7.3 星光掩星仿真数据反演 |
| 7.4 星光掩星实测数据反演 |
| 7.4.1 GOLD数据反演 |
| 7.4.2 GOMOS数据反演 |
| 7.5 本章小结 |
| 第八章 星光掩星技术误差特性分析 |
| 8.1 星光掩星技术误差来源 |
| 8.1.1 光子数误差 |
| 8.1.2 卫星轨道误差 |
| 8.2 本章小结 |
| 第九章 总结和展望 |
| 9.1 本文的主要研究工作 |
| 9.2 未来研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）GPS掩星反演廓线质量分析及大气边界层高度反演研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.3 研究目的与内容 |
| 1.4 章节安排 |
| 2 地球大气探测 |
| 2.1 地球大气概况 |
| 2.2 传统大气探测手段 |
| 2.3 地球大气无线电波传播理论 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 GPS无线电掩星探测大气 |
| 3.1 GPS掩星技术 |
| 3.2 GPS掩星技术误差来源 |
| 3.3 GPS掩星技术反演算法 |
| 3.4 GPS掩星数据 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 GPS掩星反演廓线质量分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 比对算法 |
| 4.3 基于不同掩星计划的比对分析 |
| 4.4 基于COSMIC掩星廓线质量的时空分析 |
| 4.5 基于不同配对准则的对比分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 基于GPS掩星资料研究大气边界层高度 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数据与算法 |
| 5.3 结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（4）风云GNOS大气掩星资料处理方法与误差分析研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 研究现状 |
| 1.2 问题的提出及意义 |
| 1.3 论文研究的主要内容 |
| 第二章 掩星技术与反演算法 |
| 2.1 掩星探测技术的发展历史 |
| 2.2 GNSS系统介绍 |
| 2.2.1 GPS系统 |
| 2.2.2 GLONASS系统 |
| 2.2.3 GALIEO系统 |
| 2.2.4 北斗导航系统 |
| 2.2.5 QZSS系统 |
| 2.3 掩星反演算法 |
| 2.3.1 附加相位 |
| 2.3.2 弯曲角 |
| 2.3.3 折射率 |
| 2.3.4 温湿廓线 |
| 第三章 风云三号GNOS掩星资料处理 |
| 3.1 GNOS仪器介绍 |
| 3.2 星地接收和汇集 |
| 3.3 GNOS掩星资料的业务处理 |
| 3.3.1 精密定轨 |
| 3.3.2 附加相位的处理 |
| 3.3.3 弯曲角与折射率处理 |
| 3.3.4 温湿廓线的处理 |
| 第四章 GNOS GPS掩星资料误差特性分析 |
| 4.1 GPS掩星的空间分布、数量以及探测深度特征 |
| 4.2 GPS掩星异常廓线误差特征 |
| 4.3 GNOS GPS统计误差特征 |
| 4.3.1 弯曲角 |
| 4.3.2 折射率 |
| 4.3.3 温湿廓线 |
| 4.4 FY3C/FY3D GPS掩星廓线的比较 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 北斗掩星资料误差特性分析 |
| 5.1 北斗掩星资料的空间分布特征 |
| 5.2 北斗掩星异常廓线特征 |
| 5.3 北斗掩星统计误差特征 |
| 5.4 FY3C/FY3D北斗掩星与GPS掩星的比较 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 低信噪比下GNOS低频掩星异常信号订正方法研究 |
| 6.1 大误差廓线原因详细解析 |
| 6.2 低频异常信号订正方法研究 |
| 6.2.1 电离层模型介绍 |
| 6.2.2 两种模型下订正低频异常信号的能力分析研究 |
| 6.2.3 Chapman模型峰值高度和标高的敏感性分析 |
| 6.2.4 低频异常信号订正算法方案及效果 |
| 6.3 本章小结 |
| 第七章 GNOS GPS大气掩星廓线质量控制方法研究 |
| 7.1 噪声因子估计 |
| 7.2 信噪比分析 |
| 7.3 平均附加相位分析 |
| 7.4 质量控制方案与统计效果 |
| 第八章 GNOS GPS掩星资料的同化试验 |
| 8.1 掩星资料同化前处理 |
| 8.1.1 高度坐标转换 |
| 8.1.2 质量控制 |
| 8.1.3 稀疏化 |
| 8.2 观测算子 |
| 8.3 试验方案设计 |
| 8.4 同化试验结果 |
| 8.5 本章小结 |
| 第九章 总结与未来展望 |
| 9.1 总结 |
| 9.2 论文创新点 |
| 9.3 未来展望 |
| 缩写附录 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（5）基于GPS卫星信号的蒸发波导反演方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 本文的主要工作 |
| 1.3.1 本文的结构和内容安排 |
| 1.3.2 本文的主要贡献 |
| 第二章 蒸发波导预测技术 |
| 2.1 大气波导与基本特性 |
| 2.1.1 大气波导形成机理及产生条件 |
| 2.1.2 大气波导分类及形成原因 |
| 2.1.3 大气波导传播的基本条件 |
| 2.2 蒸发波导探测方法 |
| 2.3 蒸发波导预测方法 |
| 2.4 蒸发波导预测新技术 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 采用GPS信号反演大气波导的方法 |
| 3.1 GPS卫星系统 |
| 3.2 反演蒸发波导的抛物方程与数值算法 |
| 3.2.1 抛物方程 |
| 3.2.2 数值算法 |
| 3.3 基于GPS信号的大气波导反演方法 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于GA-BP的蒸发波导反演方法 |
| 4.1 BP神经网络 |
| 4.1.1 BP神经网络结构 |
| 4.1.2 BP神经网络的学习算法 |
| 4.1.3 BP神经网络的设计方法 |
| 4.2 遗传算法 |
| 4.2.1 遗传算法 |
| 4.2.2 遗传算法的基本要素 |
| 4.3 GA-BP神经网络算法 |
| 4.4 GA-BP算法在反演中的流程与步骤 |
| 4.4.1 反演流程 |
| 4.4.2 反演步骤 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 利用GPS信号反演蒸发波导的仿真与分析 |
| 5.1 BP方法反演 |
| 5.2 GA-BP方法反演 |
| 5.3 两种方法结果比较与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间的科研与发表论文情况 |
（6）COSMIC掩星电子密度廓线反演及比较验证（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究意义及目的 |
| 1.2 GNSS无线电掩星技术研究背景 |
| 1.3 GNSS电离层掩星技术的国内外研究现状 |
| 1.4 本文的主要内容 |
| 2 电离层相关概述 |
| 2.1 电离层基本理论 |
| 2.1.1 电离层的物理机制 |
| 2.1.2 电离层的分层结构 |
| 2.1.3 电离层的异常现象 |
| 2.2 太阳活动指数和地磁指数 |
| 2.2.1 F10.7指数 |
| 2.2.2 Kp(ap)指数 |
| 2.2.3 Dst指数 |
| 2.3 电离层探测技术 |
| 2.3.1 垂直测高仪 |
| 2.3.2 非相干散射雷达 |
| 2.3.3 地基GNSS |
| 2.3.4 GNSS无线电掩星技术 |
| 2.4 电离层经验模型 |
| 2.4.1 IRI模型 |
| 2.4.2 Klobuchar模型 |
| 2.4.3 NeQuick模型 |
| 3 GNSS无线电掩星原理与电离层掩星反演方法 |
| 3.1 GNSS无线电掩星基本原理 |
| 3.2 电离层掩星反演方法 |
| 3.2.1 Abel变换反演 |
| 3.2.2 “洋葱分层”反演算法 |
| 3.2.3 shell分层反演算法 |
| 3.3 电离层掩星数据处理的基本流程 |
| 3.4 电离层掩星数据产品 |
| 3.5 GNSS电离层掩星仿真模拟 |
| 3.5.1 Abel变换反演方法的验证 |
| 3.5.2 太阳活动强度对单个掩星事件的反演误差的影响 |
| 4 COSMIC电离层掩星产品比较验证 |
| 4.1 东南亚地区COSMIC反演电离层电子密度廓线精度评估 |
| 4.1.1 数据源 |
| 4.1.2 数据处理 |
| 4.1.3 结果对比分析 |
| 4.1.4 结论 |
| 4.2 与IRI-2016模型的对比 |
| 4.2.1 数据源 |
| 4.2.2 不同季节COSMIC与IRI2016模型峰值参数的全球分布 |
| 4.2.3 不同季节COSMIC与IRI2016模型峰值参数的昼夜变化比较 |
| 4.2.4 IRI-2016模型在中国区域的性能分析 |
| 4.2.5 结论 |
| 4.3 磁暴对电子密度廓线精度的影响分析 |
| 4.3.1 数据源与数据处理 |
| 4.3.2 结果分析 |
| 4.3.3 结论 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（7）全球导航卫星信号极化相移监测降雨强度技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 降雨强度监测技术 |
| 1.2.2 GNSS大气海洋遥感技术 |
| 1.2.3 GNSS信号估测降雨强度新技术 |
| 1.3 论文研究内容与章节安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 GNSS系统及降雨粒子相关理论 |
| 2.1 GNSS系统相关介绍 |
| 2.1.1 GNSS概述 |
| 2.1.2 GNSS信号特征 |
| 2.2 降雨粒子特征 |
| 2.2.1 雨滴的实际形状 |
| 2.2.2 雨滴谱分布 |
| 2.2.3 雨滴倾角分布 |
| 2.3 粒子散射算法 |
| 2.3.1 复折射率计算方法 |
| 2.3.2 非球形粒子散射算法 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 正演模型及反演算法研究 |
| 3.1 正演模型的建立 |
| 3.2 数值模拟及可行性分析 |
| 3.2.1 数值模拟的参数选取 |
| 3.2.2 极化相移随降雨强度变化分析 |
| 3.3 正演模型的影响因素分析 |
| 3.3.1 雨滴形状影响 |
| 3.3.2 雨滴倾角影响 |
| 3.3.3 雨区路径长度影响 |
| 3.3.4 温度影响 |
| 3.3.5 频率影响 |
| 3.3.6 卫星仰角影响 |
| 3.4 信号路径大气极化相移评估 |
| 3.4.1 电离层极化相移评估 |
| 3.4.2 云中冰晶极化相移评估 |
| 3.4.3 融化层极化相移评估 |
| 3.5 基于仿真数据的反演算法构建及验证 |
| 3.5.1 反演算法构建 |
| 3.5.2 反演算法验证 |
| 3.6 GNSS信号强降雨异源被动监测软件示范系统 |
| 3.6.1 概述 |
| 3.6.2 运行环境要求 |
| 3.6.3 操作说明及功能介绍 |
| 3.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 外场实验开展及数据处理方法研究 |
| 4.1 GNSS双极化降雨探测系统构建 |
| 4.1.1 实验条件及实验关键指标研究 |
| 4.1.2 GNSS双极化降雨探测系统设计 |
| 4.2 外场实验实施 |
| 4.2.1 天线架设指向分析 |
| 4.2.2 架设GNSS降雨探测系统 |
| 4.3 实验数据处理方法研究 |
| 4.3.1 数据处理总体方案 |
| 4.3.2 数据处理算法研究 |
| 4.4 对比验证数据处理研究 |
| 4.4.1 雷达体扫数据处理 |
| 4.4.2 数据时空匹配处理 |
| 4.4.3 路径平均降雨强度计算 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 实验数据预处理中周跳问题研究 |
| 5.1 周跳相关基本理论 |
| 5.1.1 周跳的定义 |
| 5.1.2 周跳产生的原因 |
| 5.2 周跳检测与修复算法研究 |
| 5.2.1 高次差法 |
| 5.2.2 多项式拟合法 |
| 5.2.3 多普勒观测值法 |
| 5.2.4 双频相位求差法 |
| 5.2.5 电离层残差法 |
| 5.2.6 伪距相位组合法 |
| 5.2.7 卡尔曼滤波法 |
| 5.2.8 小波变换法 |
| 5.3 周跳检测与修复算法个例仿真分析 |
| 5.3.1 双频相位求差法个例分析 |
| 5.3.2 电离层残差法个例分析 |
| 5.3.3 多普勒观测值法个例分析 |
| 5.3.4 伪距相位组合法个例分析 |
| 5.3.5 改进的高次差法个例分析 |
| 5.4 算法对比选择与实测数据处理 |
| 5.4.1 GPS27 号卫星原始数据分析 |
| 5.4.2 GPS22 号卫星原始数据分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 实验结果分析 |
| 6.1 总体概况 |
| 6.2 2015 年实验数据分析 |
| 6.2.1 基本情况 |
| 6.2.2 GPS27 号卫星的情况 |
| 6.2.3 GPS22 号卫星的情况 |
| 6.3 多源资料对比分析 |
| 6.3.1 GPS27 号卫星结果对比 |
| 6.3.2 GPS22 号卫星的情况 |
| 6.4 2016 年实验数据分析 |
| 6.4.1 数据基本情况 |
| 6.4.2 个例分析 |
| 6.4.3 统计分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 区域雨团信息反演算法研究 |
| 7.1 CT技术的基本原理 |
| 7.1.1 医学CT技术基本原理 |
| 7.1.2 GNSS电离层层析技术 |
| 7.1.3 地基GNSS水汽层析技术 |
| 7.1.4 GNSS雨团结构层析 |
| 7.2 雨团结构反演的数学模型及方案 |
| 7.2.1 层析数学物理模型建立 |
| 7.2.2 反演实现方案 |
| 7.2.3 层析反演算法 |
| 7.3 数值模拟与分析 |
| 7.3.1 掩星事件模拟与射线追踪 |
| 7.3.2 超定条件下雨团垂直结构反演与分析 |
| 7.3.3 欠定条件下雨团垂直结构反演与分析 |
| 7.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 主要工作与结论 |
| 8.2 主要创新点 |
| 8.3 存在不足与展望 |
| 致谢 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（8）基于射线跟踪算法的无线电掩星技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 无线电掩星技术研究背景及意义 |
| 1.2 国内外现状与发展趋势 |
| 1.3 论文组织结构及创新点 |
| 1.4 章节安排 |
| 第2章 无线电掩星概述及天基实测数据来源 |
| 2.1 无线电掩星观测基础 |
| 2.2 地球大气组成 |
| 2.3 掩星观测系统和基本观测量 |
| 2.3.1 观测系统组成 |
| 2.3.2 GPS基本观测量 |
| 2.3.3 整周模糊度及周跳 |
| 2.4 天基掩星观测数据来源 |
| 2.4.1 COSMIC数据格式 |
| 2.4.2 COSMIC数据预选 |
| 2.4.3 CHAMP掩星数据 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 GPS无线电掩星的射线跟踪模块化实现 |
| 3.1 射线跟踪算法模块化程序设计 |
| 3.1.1 初始射线路径计算模块 |
| 3.1.2 误差修正模块 |
| 3.1.3 低轨卫星跟踪模块 |
| 3.2 射线跟踪程序功能验证 |
| 3.3 电离层模型下的射线跟踪仿真 |
| 3.3.1 电离层模式 |
| 3.3.2 电离层模式下掩星数据仿真实例 |
| 3.3.3 电离层模式下掩星数据仿真的误差分析 |
| 3.4 中性大气模式下的射线跟踪仿真 |
| 3.4.1 中性大气模式 |
| 3.4.2 不同中性大气模式下的仿真实例 |
| 3.4.3 中性大气模式下掩星数据仿真的误差分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于天基掩星数据的射线跟踪算法验证 |
| 4.1 中性大气掩星参数仿真实例 |
| 4.2 地球大气中电波路径详细计算 |
| 4.3 天基实测数据分析 |
| 4.3.1 COSMIC实测数据分析 |
| 4.3.2 CHAMP实测数据分析 |
| 4.3.3 GPS/MET实测数据分析 |
| 4.4 附加多普勒频率解算 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于山基掩星数据的射线跟踪算法验证 |
| 第6章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录: 攻硕期间的科研成果 |
| 致谢 |
（9）近地空间环境的GNSS无线电掩星探测技术（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 GNSS掩星技术简介 |
| 3 COSMIC项目及其科学应用 |
| 3.1 气候与全球变化 |
| 3.2 电离层与空间天气 |
| 4 COSMIC-2项目进展介绍 |
| 5 掩星数据处理可能改进的方面 |
| 5.1 大气反演 |
| 5.1.1 低对流层与上平流层相对较大误差 |
| 5.1.2 电离层不均匀体的影响 |
| 5.1.3 中性大气反演中电离层大尺度残差 |
| 5.2 电离层反演 |
| 6 未来展望 |
| 6.1 多源/多波段信号 |
| 6.2 多卫星海量探测数据 |
| 7 结论 |
| 附录部分机构及术语缩写全称 |
（10）基于地基GPS和掩星技术的区域电离层特征研究（论文提纲范文）
| 论文创新点 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 电离层研究意义 |
| 1.2 电离层探测技术及其发展 |
| 1.3 GPS电离层探测研究进展 |
| 1.3.1 地基GPS电离层研究进展 |
| 1.3.2 基于掩星GPS的电离层研究进展 |
| 1.3.3 GPS极地电离层研究进展 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第二章 电离层基本特性及其模型 |
| 2.1 电离层的形成及分层结构 |
| 2.2 太阳和地磁活动对电离层的影响 |
| 2.2.1 太阳活动对电离层的影响 |
| 2.2.2 地磁活动对电离层的影响 |
| 2.2.3 太阳和地磁指数及强度分级 |
| 2.3 电离层的变化 |
| 2.3.1 电离层的规则变化 |
| 2.3.2 电离层的不规则变化 |
| 2.4 电离层模型 |
| 2.4.1 第一类经验模型 |
| 2.4.2 第二类经验模型 |
| 2.4.3 IGS全球电离层图 |
| 第三章 基于地基GPS的电离层TEC反演 |
| 3.1 GPS系统概述 |
| 3.1.1 GPS的组成 |
| 3.1.2 GPS的时间标示和坐标系统 |
| 3.1.3 GPS观测值及其组合 |
| 3.2 电离层TEC反演原理和方法 |
| 3.2.1 电离层折射指数 |
| 3.2.2 电离层延迟表达式 |
| 3.2.3 电离层绝对TEC和相对TEC |
| 3.2.4 载波相位平滑伪距观测值 |
| 3.2.5 GPS硬件延迟解算 |
| 3.3 武汉地区电离层TEC获取和分析 |
| 3.3.1 WHCORS系统简介 |
| 3.3.2 数据处理流程 |
| 3.3.3 几种常用模型的比较 |
| 3.3.4 武汉地区TEC变化分析 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 地震-电离层异常实例检测与分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 异常检测方法 |
| 4.3 芦山地震电离层异常检测 |
| 4.3.1 地基GPS TEC变化分析 |
| 4.3.2 利用CODE GIM分析全球TEC变化 |
| 4.3.3 电离层电子密度解算分析 |
| 4.4 尼泊尔地震电离层异常检测 |
| 4.4.1 太阳和地磁指数 |
| 4.4.2 地基GPS TEC变化分析 |
| 4.4.3 利用CODE GIM分析全球TEC变化 |
| 4.5 美国加州地震电离层异常检测 |
| 4.6 三次地震实例检测分析 |
| 4.7 小结 |
| 第五章 利用球冠谐模型分析南极地区电离层TEC变化 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于球冠谐的电离层TEC建模 |
| 5.3 南极地区电离层TEC建模和分析 |
| 5.3.1 数据来源 |
| 5.3.2 南极地区电离层TEC建模及模型比较 |
| 5.3.3 南极地区电离层TEC球冠谐模型分析 |
| 5.4 南极地区电离层TEC变化分析 |
| 5.4.1 时空分布特征 |
| 5.4.2 季节变化分析 |
| 5.4.3 周日变化及威德尔海异常分析 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 基于掩星技术的南极地区顶部电离层特性研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 掩星GPS反演方法 |
| 6.2.1 利用弯曲角进行反演 |
| 6.2.2 利用TEC直接反演电子密度 |
| 6.3 反演方法验证 |
| 6.4 南极地区顶部电离层的变化 |
| 6.4.1 南极地区的F2层特性 |
| 6.4.2 顶部电离层的垂直结构特征 |
| 6.5 小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 本文研究总结 |
| 7.2 下一步研究展望 |
| 参考文献 |
| 博士研究生阶段发表的论文和参与的项目 |
| 致谢 |
四、基于GPS掩星技术反演大气参数模型的优化（论文参考文献）
- [1]利用风云3C掩星资料分析中国对流层顶参数变化特征[D]. 郭佳宾. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [2]临近空间大气星光掩星技术研究[D]. 孙明晨. 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心), 2021(01)
- [3]GPS掩星反演廓线质量分析及大气边界层高度反演研究[D]. 王耀兴. 中国矿业大学, 2020
- [4]风云GNOS大气掩星资料处理方法与误差分析研究[D]. 廖蜜. 中国气象科学研究院, 2020(06)
- [5]基于GPS卫星信号的蒸发波导反演方法研究[D]. 李盼盼. 河南师范大学, 2020(08)
- [6]COSMIC掩星电子密度廓线反演及比较验证[D]. 孙方方. 武汉大学, 2018(06)
- [7]全球导航卫星信号极化相移监测降雨强度技术研究[D]. 安豪. 国防科技大学, 2017(02)
- [8]基于射线跟踪算法的无线电掩星技术研究[D]. 罗雪倩. 武汉大学, 2017(06)
- [9]近地空间环境的GNSS无线电掩星探测技术[J]. 乐新安,郭英华,曾桢,万卫星. 地球物理学报, 2016(04)
- [10]基于地基GPS和掩星技术的区域电离层特征研究[D]. 孙伟. 武汉大学, 2015(03)