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COSMIC电离层掩星反演模拟及星座优化

许波波 王成 张雨露 文援兰 何丽娜 李桢

许波波, 王成, 张雨露, 文援兰, 何丽娜, 李桢. COSMIC电离层掩星反演模拟及星座优化[J]. 空间科学学报, 2024, 44(1): 71-79. doi: 10.11728/cjss2024.01.2022-0072
引用本文: 许波波, 王成, 张雨露, 文援兰, 何丽娜, 李桢. COSMIC电离层掩星反演模拟及星座优化[J]. 空间科学学报, 2024, 44(1): 71-79. doi: 10.11728/cjss2024.01.2022-0072
XU Bobo, WANG Cheng, ZHANG Yulu, WEN Yuanlan, HE Lina, LI Zhen. COSMIC Ionospheric Occultation Inversion Simulation and Constellation Optimization Research (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2024, 44(1): 71-79 doi: 10.11728/cjss2024.01.2022-0072
Citation: XU Bobo, WANG Cheng, ZHANG Yulu, WEN Yuanlan, HE Lina, LI Zhen. COSMIC Ionospheric Occultation Inversion Simulation and Constellation Optimization Research (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2024, 44(1): 71-79 doi: 10.11728/cjss2024.01.2022-0072

COSMIC电离层掩星反演模拟及星座优化

doi: 10.11728/cjss2024.01.2022-0072 cstr: 32142.14.cjss2024.01.2022-0072
基金项目: 国家重点研发计划项目(2022YFB3904402)和国家自然科学基金重点项目(41931075)共同资助
详细信息
    作者简介:
    • 许波波:男, 1999年10月出生于湖南省衡阳市. 现为河海大学测绘科学与技术系硕士研究生, 主要研究方向为GNSS电离层监测. E-mail: 211309020019@hhu.edu.cn
    通讯作者:
    • 男, 1985年10月出生于湖北省荆门市. 现为北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院副研究员、博士生导师. 主要研究方向为电离层模型、空间天气和卫星导航定位. E-mail: acheng@buaa.edu.cn
  • 中图分类号: P352.7

COSMIC Ionospheric Occultation Inversion Simulation and Constellation Optimization Research

  • 摘要: 基于卫星导航系统精密星历和NeQuick模型模拟COSMIC星座电离层掩星事件的几何过程和物理数据, 并采用改正TEC法和“洋葱分层”算法反演电离层三维电子密度. 模拟反演得到的电子密度廓线与模型变化趋势一致, 偏差较小. 电离层hmF2, NmF2的绝对误差分别为4.2 km和0.26×104 cm–3, 相对误差分别为1.66%和4.95%, 反演值与模型值的线性回归决定系数R2分别为0.956和0.950, 表明掩星反演模拟完整可靠、正确有效. 在几何模拟正确的基础上, 分析了COSMIC-2完全组网时的掩星观测性能及多系统GNSS对掩星数量及空间分布特征的影响. 为提高未来掩星事件的时效性及时空分布的均匀性, 提出了一种掩星分布均匀性指数, 并且通过非支配排序遗传算法实现掩星星座卫星总数、轨道面数、轨道倾角的最优确定.

     

  • 图  1  掩星电离层探测模拟流程

    Figure  1.  Simulation flow chart of ionospheric occultation detection

    图  2  2022年7月1日COSMIC-1与GPS掩星全球分布模拟结果

    Figure  2.  Global distribution of COSMIC-1 and GPS occultation simulation results on 1 July 2022

    图  3  掩星电离层反演结果

    Figure  3.  Results of occultation ionosphere inversion

    图  4  电离层峰值参数反演值与模型值的相关性分析

    Figure  4.  Correlation analysis of ionospheric peak parameters between inversion value and model value

    图  5  完整COSMIC-2的星下点轨迹和1 h内掩星分布

    Figure  5.  Sub-satellite point trajectory and occultation distribution within 1 h of the complete COSMIC-2

    图  6  多GNSS掩星数量和分布分析

    Figure  6.  Analysis of multi-GNSS occultation number and distribution

    图  7  优化构型均匀性比较

    Figure  7.  Comparison of optimized configuration uniformity

    图  8  最优构型掩星分布

    Figure  8.  Optimal configuration occultation distribution

    表  1  电离层峰值参数反演结果与NeQuick模型的对比

    Table  1.   Comparison of ionospheric peak parameter inversion results with NeQuick model

    hmF2NmF2
    绝对误差均值4.214 km0.258×104 cm–3
    绝对误差标准差7.501 km3.805×104 cm–3
    相对误差均值1.658%4.950%
    相对误差标准差2.408%17.968%
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    表  2  COSMIC-2星座设计

    Table  2.   COSMIC-2 constellation design

    COSMIC-2 ACOSMIC-2 B
    卫星总数66 (+1备用)
    轨道面数66
    相邻轨道相位因子11
    轨道倾角24°72°
    轨道高度550 km800 km
    视场范围沿轨方向45°半角锥天底方向65°半角锥
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-11-25
  • 修回日期:  2023-02-23
  • 网络出版日期:  2024-01-15

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