[发明专利]一种GNSS掩星临近空间气候数据反演方法及系统

说明书

本发明公开了一种GNSS掩星临近空间气候数据反演方法及系统，该方法包括：获取多源GNSS掩星观测数据、时空数据和空间环境数据并进行预处理；从预处理后的数据中获取双频弯曲角数据，掩星几何参数，电离层、地磁场和太阳活动强度空间环境数据；基于GNSS掩星数据源时空数据和气候分析任务选取GNSS掩星观测数据并进行分组，划分为多个数据集；基于各数据集的双频弯曲角数据和掩星几何参数计算弯曲角廓线；基于掩星几何参数，电离层、地磁场和太阳活动强度空间环境参数计算弯曲角残差廓线；基于双频线性组合弯曲角廓线和弯曲角残差廓线计算弯曲角均值廓线；基于弯曲角均值廓线和掩星几何参数，采用Abel积分变换算法反演GNSS掩星临近空间气候数据集。

技术领域

本发明涉及大气遥感及其气象气候应用领域，具体涉及一种GNSS掩星临近空间气候数据反演方法及系统。

背景技术

政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告指出需要更高精度和分辨率的对流层顶和平流层观测数据进行气候变化分析。GNSS掩星技术自定标且长期稳定具有成为参考气候数据的潜力而被指定为全球气候观测系统(GCOS)的关键数据源之一。世界气象组织下属的气象卫星协调组(CGMS)和国际掩星工作组(IROWG)建议按照GCOS的标准建立GNSS掩星气候数据集。

研究表明，GNSS掩星数据质量在8-20km范围内能满足GCOS的要求，并应用到了该高度范围内的全球温度变化趋势和对流层顶参数变化等气候现象的分析中。但是随高度上升，电离层影响越来越大，GNSS掩星观测值的信噪比逐渐降低，反演大气参数精度也逐渐降低，平流层顶部(约20-50km)掩星数据精度已不能满足GCOS和IPCC的要求。

传统的GNSS掩星反演方法采用统计优化方法，将电离层残差和信号观测噪声在高层大气初始化过程中，用背景大气信息来订正或代替。不同GNSS掩星数据处理中心高层大气初始化方法和采用的背景大气模式不同，给GNSS掩星大气产品引入了新的系统性偏差。因此，电离层残差和高层大气初始化是制约GNSS掩星包含平流层顶部在内的临近空间(本发明主要指20-60km高度范围的大气层)气候数据高精度反演的主要瓶颈，亟待研发新的GNSS掩星临近空间气候数据反演方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种GNSS掩星临近空间气候数据反演方法及系统，实现GNSS掩星临近空间气候数据反演。

本发明的实施例1提出了一种GNSS掩星临近空间气候数据反演方法，所述方法包括：

获取多源GNSS掩星观测数据、时空数据和空间环境数据并进行预处理；

从预处理后的数据中获取双频弯曲角数据，掩星几何参数，电离层、地磁场和太阳活动强度空间环境数据；

基于GNSS掩星数据源时空数据和气候分析任务选取GNSS掩星观测数据并进行分组，划分为多个数据集；

基于各数据集的双频弯曲角数据和掩星几何参数计算弯曲角廓线；

基于掩星几何参数，电离层、地磁场和太阳活动强度空间环境参数计算弯曲角残差廓线；

基于双频线性组合弯曲角廓线和弯曲角残差廓线计算弯曲角均值廓线；

基于弯曲角均值廓线和掩星几何参数，采用Abel积分变换算法反演GNSS掩星临近空间气候数据集。

作为上述方法的一种改进，所述GNSS掩星观测数据包括：双频GNSS掩星弯曲角廓线、GNSS卫星和LEO卫星的位置和时间；所述时空数据包括：掩星事件发生的世界时、发生位置的经度和纬度；所述空间环境数据包括：“入射线”侧电离层穿刺点位置处vTEC和“出射线”侧电离层穿刺点位置处vTEC；“入射线”侧电离层穿刺点位置处地磁场强度和“出射线”侧电离层穿刺点位置处地磁场强度廓线和太阳活动强度F10.7指数。