GNSS无线电掩星大气探测混合星座设计

第3卷第3期2016年5月导航定位与授时NavigationPositioning＆TimingVo1．3No．3M．dv2016doi：10．19306／j．cnki．2095-8110．2016．03．010GNSS无线电掩星大气探测混合星座设计梁斌。王珏瑶(哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨150001)摘要：针对目前GNSS无线电掩星大气探测卫星星座参数依赖大量仿真计算进行统计选取的研究现状，通过将探测卫星星下点与大气测点间地心角距作为观测半径提出了一种虚拟“星一地”遥感假设，给出了一种崭新的掩星测点预估方法，具有计算速度快的特点。基于该方法推导了探测星座参数与大气探测覆盖性之间的极值相关特性，建立了GNSS无线电掩星大气探测卫星星座设计准则，并以GPS和BD为兼容性观测信源完成了GNSS掩星大气探测混合卫星星座设计。通过仿真试验，验证了设计方法的快速性和可行性，GPS+BD掩星大气探测混合星座每日可实现掩星探测量为COSMIC星座的3倍以上。12h内掩星测点全球分布均匀度提升12％。关键词：全球导航定位系统；大气探测；无线电掩星；低轨道卫星；卫星星座中图分类号：V474文献标志码：A文章编号：2095．8110(2016)03．0058—07ResearchontheMulti-ConstellationDesignforGNSSROAtmosphereSoundingLIANGBin．WANGJue-yao(SchoolofAstronautics，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)Abstract：Theradiooccultation(RO)atmosphericsoundingwithglobalnavigationsatellitesystem(GNSS)hasextendedanewareaonLEOsatelliteconstellationapplicationinthelastdecade，whiletheconstellationdesignsSOfararemajorlyde—pendentonamassofsimulationsandstatisticalresuhs．Withtheassumptionofthe”satellite-to-earth”remotesensingwhichtakesthegeocentricanglebetweensub-satellitepointandthesoundingpointasthesensingradius，anovelestimatesmethodforGNSSROsoundingstoacceleratetheconstellationdesign．Basedonthismethod，therelatedfeaturesbetweenconstellationparameterandsoundingcoveragearederived；thedesigncriteriaofGNSSROconstellationforatmosphericsoundingareestablished，andaGPS+BDROconstellationisdesignedwithSun—synchronousorbitandlow-inclinationor—bit．Thesimulationresultsshowsthattheconstellationdesignmethodproposedinthispaperisfeasibleandeffective，thea—mountofsoundingsbythemulti-constellationdesignedinthispaperistripledofCOSMIC，andtheuniformityofthesoundingcoverageinl2hisimproveby12％．Keywords：GNSS；Atmospheresounding；Radiooccultation；LEOsatellite；Orbitdesign共安全及人类与自然和谐可持续发展的保障。0引言GNSS无线电掩星大气探测技术是GNSS气象随着科技的发展和人类活动向高层大气的拓学的重要分支。受在轨资源限制，早期研究主展，气象预测和控制研究是目前大气科学研究的要围绕GPS掩星大气探测开展，通过将GNSS掩星重要前沿，是航天工业发展和各国国家安全、公观测仪作为副载荷搭载在多功能探测卫星上进行收稿日期：2015一o2—0l；修订日期：2015—05一O1。基金项目：国家自然科学基金(61175098)作者简介：梁斌(1968一)，男，博士，教授，主要从事航天控制领域的研究工作。E—ma