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    重庆时时彩美赚钱么: 一种电离层活动空间观测系统.pdf

    关 键 词:
    一种 电离层 活动空间 观测 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201611055384.2

    申请日:

    2016.11.25

    公开号:

    CN106772445A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01S 19/07申请日:20161125|||公开
    IPC分类号: G01S19/07(2010.01)I 主分类号: G01S19/07
    申请人: 北京天工科仪空间技术有限公司
    发明人: 杨垂柏; 王世金; 冯宇波; 王月
    地址: 100193 北京市海淀区天秀路10号中国农大国际创业园3号楼4020
    优先权:
    专利代理机构: 代理人:
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201611055384.2

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明的一种电离层活动空间观测系统,包括:低轨道混合卫星星座及安装其上探测器;至少2个轨道高度,每个轨道高度至少1个轨道面,不同高度轨道卫星互为配合,包括A类卫星和B类卫星,构成立体空间电离层观测;所述A类卫星用于对太阳观测、地球两极的沉降粒子及磁场就位测量、并对电离层遥感观测;所述B类卫星用于电离层就位探测。

    权利要求书

    1.一种电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述装置包括:低轨道混合卫星星座及
    安装其上探测器;
    所述卫星星座包括至少2个轨道高度,每个轨道高度至少1个轨道面,不同高度轨道卫
    星互为配合,包括A类卫星和B类卫星,构成立体空间电离层观测;所述A类卫星用于对太阳
    观测、地球两极的沉降粒子及磁场就位测量、并对电离层遥感观测;所述B类卫星用于电离
    层就位探测;
    所述对太阳观测是对太阳的极紫外波段的太阳光学成像和软X射线波段的流量观测;
    所述地球两极的沉降粒子就位观测是利用粒子探测器,对顺着地球两极磁场磁力线由高空
    向地球两极飞行的带电粒子进行测量;所述磁场就位测量,是利用磁强计对卫星飞行路线
    区域的磁场进行测量;所述电离层遥感观测是利用卫星搭载掩星接收机和三频信标机,掩
    星接收机接收GNSS卫星所发射出来的经过电离层影响的导航电波,从而对电离层特性进行
    测量,三频信标机向地面发射3个频段的电波信号,在地面布设接收机接收信标;
    所述电离层就位探测是利用卫星搭载电场测量仪、朗缪尔探针及粒子质谱仪进行测
    量;所述电场仪是安装在卫星用来对电离层电场强度测量;所述朗缪尔探针是安装在卫星
    上用来对电离层的电子密度和温度进行测量;所述粒子质谱仪是安装在卫星上对电离层的
    中性粒子成分和带电离子漂移速度进行测量。
    2.根据权利要求1所述的电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述A类卫星轨道高
    度不低于300km,避免掩星接收机和三频信标机穿越电离层过??;所述B类卫星的高度不高
    于800km,避免卫星搭载仪器测量电离层的特征不明显。
    3.根据权利要求1所述的电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述A类卫星轨道高
    度应该比B类卫星的轨道要高,避免就位观测到的电离层部分不在遥感观测电离层部分以
    内。
    4.根据权利要求1所述的电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述星座的每轨道不
    少于1颗卫星,避免由于卫星过于稀疏而导致测量数据量过少而对电离层保障业务化不利。
    5.根据权利要求1所述的电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述A类卫星和B类卫
    星均为三轴稳定对地定向姿态控制,指向精度不差于5°,指向稳定度优于1°/s,避免成像观
    测图像质量过低。
    6.根据权利要求1所述的电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述星座卫星的轨道
    测量准确度不小于50km,避免由于轨道测量不准导致掩星测量效应不明显。
    7.根据权利要求1所述的电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述A类卫星的太阳
    观测仪器安装在卫星朝天面,仪器传感器开口部分对准太阳来流,指向精度优于5°,仪器全
    轨道可以观测太阳来流覆盖时间不少于10%。
    8.根据权利要求1所述的电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述太阳观测仪器的
    极紫外成像至少覆盖121.1nm波长、X射线流量测量至少覆盖0.1-0.8nm和0.05-0.4nm两个
    波段,以期获得太阳耀斑活动信息。
    9.根据权利要求1所述的电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述A类卫星的沉降
    粒子探测器安装在卫星的朝天面,测量带电粒子包括电子和质子,测量能量的最低起始不
    大于2MeV,避免低端能量粒子信息丢失。
    10.根据权利要求1所述的电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述A类卫星的磁场
    计伸杆尺寸不小于50mm,尽量避免卫星本体磁场对测量的干扰。
    11.根据权利要求1所述的电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述A类卫星的掩星
    接收机天线安装在卫星侧面,测量的范围至少需要覆盖GPS和BDS卫星的导航电波信号,从
    而尽可能多的测量掩星数据。
    12.根据权利要求1所述的电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述A类卫星的三频
    信标机天线安装在卫星对地面,三个信标分别为L波段、甚高频(UHF)波段及甚高频(VHF)波
    段,地面配置不少于1个接收站接受信标。
    13.根据权利要求1所述的电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述B类卫星的电离
    层就位探测的朗缪尔探针安装在卫星伸杆构成,至少安装1副,伸杆至少10mm,避免卫星表
    面干扰测量。
    14.根据权利要求1所述的电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述B类卫星的电离
    层就位探测的电场测量仪由两个安装在卫星两侧的伸杆构成,至少安装1对,每支伸杆至少
    10mm,避免卫星表面干扰测量。
    15.根据权利要求1所述的电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述B类卫星的电离
    层就位探测的质谱仪安装在卫星的飞行前进面。
    16.根据权利要求1所述的电离层活动空间观测系统,其特征在于,所述A类卫星和B类
    卫星通过静止轨道中继通信卫星和地面站进行下传数据,尽量提高观测数据对保障业务的
    实时性支撑。

    说明书

    一种电离层活动空间观测系统

    技术领域

    本发明涉及空间探测及空间天气监测技术领域,尤其涉及一种地球空间电离层活
    动的空间观测系统。

    背景技术

    在太阳紫外线和X射线的辐射作用下,行星大气被电离成自由电子和离子,形成电
    离层。地球电离层是人类生存的近地空间环境的一个重要组成部分。随着人类活动不断向
    太空延伸,太空已成为世界各国商业和军事争夺的新领域,科学地认识和了解近地空间环
    境,准确预报空间环境的变化,变得越来越重要。地球电离层能够影响无线电波的传播,对
    无线电波产生反射、散射、折射和吸收等效应。地球电离层扰动和电离层中的不规则体,对
    短波通讯、卫星通讯和卫星导航定位,产生重要影响。因此,对地球电离层的探测和认识,具
    有重要的科学意义和应用价值。

    地球周围的高层大气,吸收太阳紫外线和X射线谱段的辐射,电离生成自由电子和
    离子,形成电离层。通常所说的电离层指的是处于地面上约60~1000km区域的电离大气。在
    这一范围内,除了自由电子和离子外,还有大量的大气分子和原子未被电离,因而电子和离
    子的运动除了受地磁场影响外,还因碰撞而显著地受背景中性成分的约束。电离成分在与
    中性成分碰撞时,将部分能量传递给中性成分。由于在很高的高度上,大气很稀薄,热容量
    很小,因而中性成分的温度显著提高,所以,在同一高度范围内,电离部分称为电离层,中性
    背景称为热层。电离层和热层强烈耦合,主要表现在光化学和动力学过程方面。

    电离层观测可以考虑地面和卫星两类方法,一类是在地面观测,另一类是在卫星
    观测。同时在卫星观测也可以分为两类,一类是利用无线电或光学进行遥感,另外就是就位
    探测。就位探测就是将专门设计的物理仪器送到电离层高度进行直接测量,如质谱仪、等离
    子体朗缪尔探针、磁强计、电荷分析器等,获取电子密度和温度、电场、磁场等参数。另一类
    主要是利用电离层对电波传播的效应,由卫星发射信标电波,地面接收卫星信标,信标信号
    受电离层的影响,产生多普勒频移或偏振面的旋转,这类测量可以得到沿传播路径的电子
    总含量,以及沿路径的不规则体造成的信号闪烁等。

    本发明就是基于电离层对于人类生活的导航、通信及出行等方面正在产生干扰影
    响,并且由于人们对卫星导航及通信的以来不断加深,从而对于电离层的业务化观测并为
    人们的导航、通信及出行提供预报等服务提供保障。

    发明内容

    本发明的目的在于,为解决人们生活中的导航、通信及出行由于电离层干扰构成
    偏离、错误信号甚至中断的技术问题,本发明提供了一种电离层活动空间观测系统。

    本发明的技术方案利用该系统可以在保障人们生活对于导航、通信及出行不断精
    度提高的要求下,从而需要对电离层活动导致干扰进行预报、预警及预估并修正的具体需
    求下,采用遥感和就位观测结合的方法,对电离层的磁场、电场及电子密度等进行测量,从
    而为电离层活动预报保障提供数据支撑。

    为实现上述目的,本发明提出了一种电离层活动空间观测系统,所述装置包括:低
    轨道混合卫星星座及安装其上探测器;

    所述卫星星座包括至少2个轨道高度,每个轨道高度至少1个轨道面,不同高度轨
    道卫星互为配合,包括A类卫星和B类卫星,构成立体空间电离层观测;所述A类卫星用于对
    太阳观测、地球两极的沉降粒子及磁场就位测量、并对电离层遥感观测;所述B类卫星用于
    电离层就位探测;

    所述对太阳观测是对太阳的极紫外波段的太阳光学成像和软X射线波段的流量观
    测;所述地球两极的沉降粒子就位观测是利用粒子探测器,对顺着地球两极磁场磁力线由
    高空向地球两极飞行的带电粒子进行测量;所述磁场就位测量,是利用磁强计对卫星飞行
    路线区域的磁场进行测量;所述电离层遥感观测是利用卫星搭载掩星接收机和三频信标
    机,掩星接收机接收GNSS卫星所发射出来的经过电离层影响的导航电波,从而对电离层特
    性进行测量,三频信标机向地面发射3个频段的电波信号,在地面布设接收机接收信标;

    所述电离层就位探测是利用卫星搭载电场测量仪、朗缪尔探针及粒子质谱仪进行
    测量;所述电场仪是安装在卫星用来对电离层电场强度测量;所述朗缪尔探针是安装在卫
    星上用来对电离层的电子密度和温度进行测量;所述粒子质谱仪是安装在卫星上对电离层
    的中性粒子成分和带电离子漂移速度进行测量。

    所述A类卫星轨道高度不低于300km,避免掩星接收机和三频信标机穿越电离层过
    ??;所述B类卫星的高度不高于800km,避免卫星搭载仪器测量电离层的特征不明显。

    所述A类卫星轨道高度应该比B类卫星的轨道要高,避免就位观测到的电离层部分
    不在遥感观测电离层部分以内。

    所述星座的每轨道不少于1颗卫星,避免由于卫星过于稀疏而导致测量数据量过
    少而对电离层保障业务化不利。

    所述A类卫星和B类卫星均为三轴稳定对地定向姿态控制,指向精度不差于5°,指
    向稳定度优于1°/s,避免成像观测图像质量过低。

    所述星座卫星的轨道测量准确度不小于50km,避免由于轨道测量不准导致掩星测
    量效应不明显。

    所述A类卫星的太阳观测仪器安装在卫星朝天面,仪器传感器开口部分对准太阳
    来流,指向精度优于5°,仪器全轨道可以观测太阳来流覆盖时间不少于10%。

    所述太阳观测仪器的极紫外成像至少覆盖121.1nm波长、X射线流量测量至少覆盖
    0.1-0.8nm和0.05-0.4nm两个波段,以期获得太阳耀斑活动信息。

    所述A类卫星的沉降粒子探测器安装在卫星的朝天面,测量的带电粒子包括电子
    和质子,测量最低起始能量不大于2MeV,避免低端能量粒子信息丢失。

    所述A类卫星的磁强计伸杆尺寸不小于50mm,尽量避免卫星本体磁场对测量的干
    扰。

    所述A类卫星的掩星接收机天线安装在卫星侧面,测量的范围至少需要覆盖GPS和
    BDS卫星的导航电波信号,从而尽可能多的测量掩星数据。

    所述A类卫星的三频信标机天线安装在卫星对地面,三个信标分别为L波段、甚高
    频(UHF)波段及甚高频(VHF)波段,地面配置不少于1个接收站接受信标。

    所述B类卫星的电离层就位探测的朗缪尔探针安装在卫星伸杆构成,至少安装1
    副,伸杆至少10mm,避免卫星表面干扰测量。

    所述B类卫星的电离层就位探测的电场测量仪由两个安装在卫星两侧的伸杆构
    成,至少安装1对,每支伸杆至少10mm,避免卫星表面干扰测量。

    所述B类卫星的电离层就位探测的质谱仪安装在卫星的飞行前进面。

    所述A类卫星和B类卫星通过静止轨道中继通信卫星和地面站进行下传数据,尽量
    提高观测数据对保障业务的实时性支撑。

    本发明的一种电离层活动空间观测系统的优点在于:

    本发明的电离层活动观测系统在星座总体布局下,可以实现对于电离层观测的业
    务化应用,从而相对单颗卫星提高了电离层活动预报的数据准确度;整个电离层观测系统
    由至少包含两个轨道的卫星星座构成,并且星座内A类卫星复杂电离层遥感观测,星座内B
    类卫星负责电离层就位测量;对于电离层的观测数据可以用于电离层扰动及其对地面电
    力、通信等系统的预报及修正。

    附图说明

    图1为本发明的一种空间电离层观测方法示意图;

    图2为A类卫星及其探测器示意图;

    图3为B类卫星及其探测器示意图;

    图4为B类卫星与GNSS卫星之间的掩星示意图;

    图5为B类卫星发射三频信标与地面接收站之间关系示意图;

    附图标记

    1、A类卫星 2、B类卫星 3、空间电离层

    4、A类卫星轨道 5、地球赤道 6、B类卫星轨道

    7、地球 8、沉降粒子探测器 9、太阳观测器

    10、GNSS掩星接收机 11、太阳电池板 12、磁强计

    13、极光及电离层紫外观测器 14、三频信标发射机 15、朗缪尔探针

    16、中性成分及离子质谱计 17、电场仪 18、GNSS卫星

    19、三频信标地面接收机

    具体实施方式

    下面结合附图和实施例对本发明所述的一种电离层活动空间观测系统进行详细
    说明。

    如图1所示,本发明的一种电离层活动空间观测系统的星座在地球轨道运行轨迹
    示意图。根据本发明的一个实施案例,星座包含了2个轨道面的900km高度圆轨道的A类卫
    星,4个轨道面的300km高度圆轨道的B类卫星,每个轨道面在相同高度轨道内均布。卫星指
    向精度为0.5°,指向稳定度0.001°/s,轨道测量准确度为1km。

    如图2所示,本发明的一种电离层活动空间观测系统,所述太阳观测仪器的极紫外
    成像覆盖121.1nm波长、X射线流量测量覆盖0.1-0.8nm和0.05-0.4nm两个波段。沉降粒子探
    测器安装在卫星的朝天面,测量电子和质子,电子测量能量为50keV~10MeV,质子测量范围
    为50keV~300MeV。磁强计伸杆尺寸为4m。掩星接收机天线安装在的飞行方向,测量包括
    GPS、伽利略、格洛纳斯及北斗(BDS)卫星的导航电波信号。三频信标机天线安装在卫星对地
    面,三个信标分别为L波段、甚高频(UHF)波段及甚高频(VHF)波段,地面配置100个接收站接
    受信标。

    如图3所示,本发明的一种电离层活动空间观测系统,所述电离层就位探测的朗缪
    尔探针安装在卫星飞行方向两侧伸杆构成,安装2副,伸杆50mm;电离层就位探测的电场测
    量仪由两个安装在卫星两侧的伸杆构成,安装1对,每支伸50mm;电离层就位探测的质谱仪
    安装在卫星的飞行前进面。

    根据本发明的一个实施案例,如图4所示为其中一颗卫星的掩星接收机接收经过
    电离层偏折的GNSS卫星的导航电波示意图。

    根据本发明的一个实施案例,如图5所示为3颗A类卫星先后飞过4个地面信标接收
    站,接受由3频信标机发射的信标电波的示意图。

    最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参
    照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方
    案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明
    的权利要求范围当中。

    关于本文
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