搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

GPS/LEO掩星正则变换反演方法

徐贤胜 郭鹏 洪振杰 吴江飞

引用本文:
Citation:

GPS/LEO掩星正则变换反演方法

徐贤胜, 郭鹏, 洪振杰, 吴江飞

Canonical transform method for GPS/LEO radio occultation

Xu Xian-Sheng, Guo Peng, Hong Zhen-Jie, Wu Jiang-Fei
PDF
导出引用
  • 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.
    Under the atmospheric multipath conditions, both canonical transform (CT) and full spectrum inversion (FSI) method can solve the problem of calculating bending angle profiles within the multipath area. The atmospheric propagation of GPS signals under atmospheric multipath conditions is simulated using multiple phase screens (MPS) technique. Bending angle profiles computed by CT method are compared with corresponding solutions to Abel integral (taken as the true value). The results show that CT method is close to the true value in the multipath area. The retrieval accuracy of CT method is degraded to some extent when Gaussian noises are added to the phase of simulated signal. About 4500 COSMIC (Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate) atmPhs profiles from DOY (day of year) 71 to DOY 73 in 2007 are retrieved by CT method. Statistical comparisons of the retrieved refractivity profiles, together with atmPrf data (retrieved by FSI method), with those from corresponding ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) analysis show that CT method contains greater systematic negative bias than atmPrf data below 5 km. A possible reason is that the signal aperture is decreased for back-propagating the signal from LEO position to the back-propagation plane in CT method. The small aperture means low accuracy in the refractivity. The influence of signal truncation on both retrieval accuracy and occultation number is also discussed.
    • 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.
    • Funds: Project supported by the Seism Public Welfare Scientific Research Project (Grant No. 201108004), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11103068, 11273047), and the Shanghai Science and Technology Committee Research Project (Grant No. 12DZ1111100).
    [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] 李尉, 代京京, 温丛阳, 宗梦雅, 李胜南, 王智勇. 利用Gyrator正则变换实现环形激光阵列的Talbot效应. 物理学报, 2023, 72(5): 054208. doi: 10.7498/aps.72.20222412
    [2] 孙冠文, 崔寒茵, 李超, 林伟军. 火星大气频散声速剖面建模方法及其对声传播路径的影响. 物理学报, 2022, 71(24): 244304. doi: 10.7498/aps.71.20221531
    [3] 张冬晓, 陈志斌, 肖程, 秦梦泽, 吴浩. 基于引力搜索算法的湍流相位屏生成方法. 物理学报, 2019, 68(13): 134205. doi: 10.7498/aps.68.20190081
    [4] 王盼盼, 周晨, 宋杨, 张援农, 赵正予. 大气风场和温度对无线电声波探测系统探测高度影响的数值研究. 物理学报, 2015, 64(10): 100205. doi: 10.7498/aps.64.100205
    [5] 蔡冬梅, 遆培培, 贾鹏, 王东, 刘建霞. 非均匀采样的功率谱反演大气湍流相位屏的快速模拟. 物理学报, 2015, 64(22): 224217. doi: 10.7498/aps.64.224217
    [6] 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
    [7] 毕研盟, 廖蜜, 张鹏, 马刚. 应用一维变分法反演GPS掩星大气温湿廓线. 物理学报, 2013, 62(15): 159301. doi: 10.7498/aps.62.159301
    [8] 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
    [9] 何然, 黄思训, 周晨腾, 姜祝辉. 遗传算法结合正则化方法反演海洋大气波导. 物理学报, 2012, 61(4): 049201. doi: 10.7498/aps.61.049201
    [10] 何明元, 杜华栋, 龙智勇, 黄思训. 大气廓线参数反演中基于大气可反演指数的正则化参数选择方法. 物理学报, 2012, 61(2): 024205. doi: 10.7498/aps.61.024205
    [11] 郑仕链, 杨小牛. 绿色认知无线电自适应参数调整. 物理学报, 2012, 61(14): 148402. doi: 10.7498/aps.61.148402
    [12] 毕研盟, 陈洁, 杨光林, 廖蜜, 吴荣华. 基于改进的单差法计算GPS掩星附加相位. 物理学报, 2012, 61(14): 149301. doi: 10.7498/aps.61.149301
    [13] 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
    [14] 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
    [15] 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
    [16] 徐贤胜, 郭鹏, 黄思训, 项杰. 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
    [17] 杨红卫, 钟万勰, 侯碧辉. 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
    [18] 李彦敏, 梅凤翔. 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
    [19] 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
    [20] 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
计量
  • 文章访问数:  5736
  • PDF下载量:  604
  • 被引次数: 0
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

/

返回文章
返回