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GPS/LEO掩星正则变换反演方法

徐贤胜 郭鹏 洪振杰 吴江飞

GPS/LEO掩星正则变换反演方法

徐贤胜, 郭鹏, 洪振杰, 吴江飞
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  • 利用无线电全息方法, 如正则变换方法或全谱反演方法, 可以有效地解决大气多路径条件下GPS掩星信号的反演问题. 本文采用正则变换方法反演掩星资料, 模拟仿真反演结果显示正则变换方法可以准确地反演包含大气多路径效应的信号. 在模拟信号的相位中加入不同程度的高斯相位噪声后, 正则变换方法的反演结果会受到不同程度的影响. 用正则变换方法对2007年第71天至73天共约4500个COSMIC数据进行处理. 将其折射率反演结果和atmPrf资料 (利用全谱反演方法计算得到) 一起, 与对应的ECMWF 分析场资料进行统计比较, 结果表明: 在5 km以下, 正则变换方法计算的折射率的相对误差的平均值普遍大于atmPrf资料. 其原因可能为: 正则变换方法将信号从LEO轨迹后传播至辅助屏, 造成孔径缩小, 精度下降. 同时也讨论了信号截断对低对流层中反演精度和掩星个数的影响.
    • 基金项目: 地震行业科研专项 (批准号: 201108004), 国家自然科学基金 (批准号: 11103068, 11273047) 和上海市科委科研计划项目 (批准号: 12DZ1111100) 资助的课题.
    [1]

    Hu X, Zeng Z, Zhang X X, Zhang D Y, Xiao C Y 2005 Chinese J. Geophys. 48 768 (in Chinese) [胡雄, 曾桢, 张训械, 张冬娅, 肖存英 2005 地球物理学报 48 768]

    [2]

    Sokolovskiy S, Rocken C, Hunt D, Schreiner W, Johnson J, Masters D, Esterhuizen S 2006 Geophys. Res. Lett. 33 L14816

    [3]

    Sokolovskiy S 2001 Radio Sci. 36 441

    [4]

    Kuo Y H, Wee T K, Sokolovskiy S, Rocken C, Schreiner W, Hunt D, Anthes R A 2004 J. Meteor. Soc. Jpn. 82 507

    [5]

    Gorbunov M E, Gurvich A S 1998 J. Geophys. Res. 103 13819

    [6]

    Xu X S, Huang S X, Guo P, Hong Z J 2011 Chinese J. Geophys. 54 2193 (in Chinese) [徐贤胜, 黄思训, 郭鹏, 洪振杰 2011 地球物理学报 54 2193]

    [7]

    Xu X S, Guo P, Huang S X, Xiang J 2011 Acta Phys. Sin. 60 099202 (in Chinese) [徐贤胜, 郭鹏, 黄思训, 项杰 2011 物理学报 60 099202]

    [8]

    Xu X S, Guo P, Huang S X, Xiang J, Hong Z J 2011 GPS Solut. Submit

    [9]

    Jensen A S, Lohmann M S, Benzon H H, Nielsen A S 2003 Radio Sci. 38 1040

    [10]

    Gorbunov M E 2002 Radio Sci. 37 1076

    [11]

    Gorbunov M E 2002 Radio Sci. 37 1014

    [12]

    Sokolovskiy S, Rocken C, Schreiner W, Hunt D 2010 J. Geophys. Res. 115 D22111

    [13]

    Lohmann M S, Jensen A S, Benzon H H, Nielsen A S 2006 Radio Sci. 41 RS3001

    [14]

    Guo P, Kuo Y H, Sokolovskiy S, Lenschow D H 2011 J. Atmos. Sci. 68 1703

    [15]

    Sokolovskiy S 2003 Radio Sci. 38 1058

    [16]

    Xie F, Wu D L, Ao C O, Kursinski E R, Mannucci A J, Syndergaard S 2010 Geophys. Res. Lett. 37 L11805

    [17]

    Xu X S, Guo P, Xu T L, Hong Z J 2012 Acta Phys. Sin. 61 199202 (in Chinese) [徐贤胜, 郭鹏, 徐桃玲, 洪振杰 2012 物理学报 61 199202]

    [18]

    Gorbunov M E, Lauritsen K B 2004 Radio Sci. 39 RS4010

  • [1]

    Hu X, Zeng Z, Zhang X X, Zhang D Y, Xiao C Y 2005 Chinese J. Geophys. 48 768 (in Chinese) [胡雄, 曾桢, 张训械, 张冬娅, 肖存英 2005 地球物理学报 48 768]

    [2]

    Sokolovskiy S, Rocken C, Hunt D, Schreiner W, Johnson J, Masters D, Esterhuizen S 2006 Geophys. Res. Lett. 33 L14816

    [3]

    Sokolovskiy S 2001 Radio Sci. 36 441

    [4]

    Kuo Y H, Wee T K, Sokolovskiy S, Rocken C, Schreiner W, Hunt D, Anthes R A 2004 J. Meteor. Soc. Jpn. 82 507

    [5]

    Gorbunov M E, Gurvich A S 1998 J. Geophys. Res. 103 13819

    [6]

    Xu X S, Huang S X, Guo P, Hong Z J 2011 Chinese J. Geophys. 54 2193 (in Chinese) [徐贤胜, 黄思训, 郭鹏, 洪振杰 2011 地球物理学报 54 2193]

    [7]

    Xu X S, Guo P, Huang S X, Xiang J 2011 Acta Phys. Sin. 60 099202 (in Chinese) [徐贤胜, 郭鹏, 黄思训, 项杰 2011 物理学报 60 099202]

    [8]

    Xu X S, Guo P, Huang S X, Xiang J, Hong Z J 2011 GPS Solut. Submit

    [9]

    Jensen A S, Lohmann M S, Benzon H H, Nielsen A S 2003 Radio Sci. 38 1040

    [10]

    Gorbunov M E 2002 Radio Sci. 37 1076

    [11]

    Gorbunov M E 2002 Radio Sci. 37 1014

    [12]

    Sokolovskiy S, Rocken C, Schreiner W, Hunt D 2010 J. Geophys. Res. 115 D22111

    [13]

    Lohmann M S, Jensen A S, Benzon H H, Nielsen A S 2006 Radio Sci. 41 RS3001

    [14]

    Guo P, Kuo Y H, Sokolovskiy S, Lenschow D H 2011 J. Atmos. Sci. 68 1703

    [15]

    Sokolovskiy S 2003 Radio Sci. 38 1058

    [16]

    Xie F, Wu D L, Ao C O, Kursinski E R, Mannucci A J, Syndergaard S 2010 Geophys. Res. Lett. 37 L11805

    [17]

    Xu X S, Guo P, Xu T L, Hong Z J 2012 Acta Phys. Sin. 61 199202 (in Chinese) [徐贤胜, 郭鹏, 徐桃玲, 洪振杰 2012 物理学报 61 199202]

    [18]

    Gorbunov M E, Lauritsen K B 2004 Radio Sci. 39 RS4010

  • [1] 徐贤胜, 郭鹏, 徐桃玲, 洪振杰. GPS/LEO无线电掩星开环反演技术. 物理学报, 2012, 61(19): 199202. doi: 10.7498/aps.61.199202
    [2] 黄思训, 项杰, 徐贤胜, 郭鹏. 无线电掩星滑动频谱方法和后传播方法的分析比较. 物理学报, 2011, 60(9): 099202. doi: 10.7498/aps.60.099202
    [3] 丁光涛. 构造准正则变换的方法. 物理学报, 2011, 60(4): 044502. doi: 10.7498/aps.60.044502
    [4] 郑仕链, 杨小牛. 用于认知无线电协作频谱感知的混合蛙跳算法群体初始化技术. 物理学报, 2013, 62(7): 078405. doi: 10.7498/aps.62.078405
    [5] 蔡冬梅, 王昆, 贾鹏, 王东, 刘建霞. 功率谱反演大气湍流随机相位屏采样方法的研究. 物理学报, 2014, 63(10): 104217. doi: 10.7498/aps.63.104217
    [6] 梅凤翔, 李彦敏. 一类广义Birkhoff系统的广义正则变换. 物理学报, 2010, 59(8): 5219-5222. doi: 10.7498/aps.59.5219
    [7] 谢月新, 李志坚, 周光辉. 介观耗散电容耦合电路量子化中的正则变换. 物理学报, 2007, 56(12): 7224-7229. doi: 10.7498/aps.56.7224
    [8] 杨红卫, 侯碧辉, 钟万勰. 力学、热力学及电磁波导中的正则变换和辛描述. 物理学报, 2010, 59(7): 4437-4441. doi: 10.7498/aps.59.4437
    [9] 葛伟宽, 张毅, 楼智美. 一类广义Birkhoff系统的无限小正则变换与积分. 物理学报, 2012, 61(14): 140204. doi: 10.7498/aps.61.140204
    [10] 钱仙妹, 朱文越, 饶瑞中. 非均匀湍流路径上光传播数值模拟的相位屏分布. 物理学报, 2009, 58(9): 6633-6639. doi: 10.7498/aps.58.6633
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-09-13
  • 修回日期:  2012-11-19
  • 刊出日期:  2013-04-05

GPS/LEO掩星正则变换反演方法

  • 1. 浙江大学宁波理工学院, 宁波 315100;
  • 2. 中国科学院上海天文台, 上海 200030;
  • 3. 温州大学, 数学与信息科学学院, 温州 325027;
  • 4. 信息工程大学, 地理空间信息学院, 郑州 450052
    基金项目: 

    地震行业科研专项 (批准号: 201108004), 国家自然科学基金 (批准号: 11103068, 11273047) 和上海市科委科研计划项目 (批准号: 12DZ1111100) 资助的课题.

摘要: 利用无线电全息方法, 如正则变换方法或全谱反演方法, 可以有效地解决大气多路径条件下GPS掩星信号的反演问题. 本文采用正则变换方法反演掩星资料, 模拟仿真反演结果显示正则变换方法可以准确地反演包含大气多路径效应的信号. 在模拟信号的相位中加入不同程度的高斯相位噪声后, 正则变换方法的反演结果会受到不同程度的影响. 用正则变换方法对2007年第71天至73天共约4500个COSMIC数据进行处理. 将其折射率反演结果和atmPrf资料 (利用全谱反演方法计算得到) 一起, 与对应的ECMWF 分析场资料进行统计比较, 结果表明: 在5 km以下, 正则变换方法计算的折射率的相对误差的平均值普遍大于atmPrf资料. 其原因可能为: 正则变换方法将信号从LEO轨迹后传播至辅助屏, 造成孔径缩小, 精度下降. 同时也讨论了信号截断对低对流层中反演精度和掩星个数的影响.

English Abstract

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