[发明专利]一种基于末子级集群的掩星大气探测系统

说明书

本发明公开了一种基于末子级集群的掩星大气探测系统，通过将GNSS掩星探测载荷装载于设有留轨平台的留轨末子级集群上，该留轨末子级集群包括若干太阳同步轨道任务及倾斜轨道任务上的留轨末子级，这些留轨末子级通过留轨平台调整姿态，通过GNSS掩星探测载荷接收GNSS导航星的直达信号、GNSS掩星的上升掩星信号及下降掩星信号，对包括电离层电子密度、大气折射率及温湿廓线在内的参数数据进行分析，实现大气探测。充分利用运载火箭高密发射下的留轨末子级进行适应性的改装，与现有的GNSS掩星探测卫星星座形成巨型混合探测网络，能有效提高GNSS掩星大气探测的时空分辨率及探测精度。

技术领域

本发明属于大气探测的技术领域，尤其涉及一种基于末子级集群的掩星大气探测系统。

背景技术

地球大气为地球生命的繁衍和人类的发展提供了天然的屏障，是人类及地球生命赖以生存的基本条件之一。随着人类对未知世界的不断探索，人类的活动范围已经逐渐向中高层大气和太空延伸，空间大气环境已成为人类争夺的新领地，尤其是载人航天技术的发展，迫切的需要人类对大气的基本性质、运动变化规律等进行深入研究与分析，并准确的进行空间环境预报。因此，对地球大气建立长期稳定、全球覆盖、高精度、高分辨率的探测及分析模式，探究其演变规律及影响范畴是当今地球科学及空间科学的一个重要研究领域。而GNSS无线电掩星大气探测作为21世纪导航卫星应用的新兴领域，是目前世界上最为经济有效的大气探测方式之一。

GNSS掩星是指GNSS卫星和低轨卫星被地球大气遮掩，即通过测量GNSS信号穿过地球大气层的延迟来获得大气的折射指数、电离层参数以及气压、温度和水汽其他气象信息。GNSS掩星探测的发展能够弥补水汽辐射计、无线电探空仪、气象卫星等传统大气探测手段的不足，是传统大气探测手段的有力补充，其观测数据具有全天候、全球覆盖、自校正、实时、高垂直分辨率、高精度、稳定性好等优点。GNSS掩星大气探测为气象数据采集提供了新方法，在气象学、气候学、电离层和测地学等领域有重要的应用价值。

GNSS掩星探测自GPS/MET试验以来，已经获得了蓬勃的发展，并逐渐走向应用。但是其发挥应用效能需要有大规模的卫星星座支撑，才可提供足够多的掩星事件，卫星星座建设的周期和成本均不可小觑。当前我国的航天发射任务持续高密度进行，随之带来的是留轨末子级的数量与日俱增。若基于高密发射下自然形成的大规模留轨末子级集群来构建GNSS掩星大气探测网络，开展空间天气预报、空间电离层、大气环境探测，使系统能力和应用需求实现了高度匹配，将成为我国GNSS掩星大气探测星座的有益补充方式，具有极大的工程应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于末子级集群的掩星大气探测系统，可以有效解决传统GNSS掩星大气探测星座的周期长、成本高等难题，还可以与现有GNSS掩星探测卫星形成巨型混合探测网络，大大提高掩星大气探测精度。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种基于末子级集群的掩星大气探测系统，包括：预设留轨平台的留轨末子级集群及GNSS掩星探测载荷，所述GNSS掩星探测载荷装载于留轨末子级上，利用留轨末子级的包络空间，在留轨末子级的飞行方向安装阵列天线；

所述留轨末子级集群包括若干太阳同步轨道任务及倾斜轨道任务上的留轨末子级，所述留轨末子级通过留轨平台调整姿态，并通过所述GNSS掩星探测载荷接收GNSS导航星的直达信号、GNSS掩星的上升掩星信号及下降掩星信号，对包括电离层电子密度、大气折射率及温湿廓线在内的参数数据进行分析，实现大气探测。

根据本发明一实施例，所述留轨末子级利用发射任务后运载火箭姿控系统的剩余能力，发挥剩余推进剂的效能，为留轨平台创造良好的姿控初始条件，并采用零动量控制、磁力矩器控制的姿态控制手段，实现末子级大惯性舱体姿态的稳定控制，满足GNSS掩星探测载荷对留轨平台的姿态需求。