[發明專利]一種基于末子級集群的掩星大氣探測系統

在審

• 申請號: 202111271277.4
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN114114328A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 韓秋龍;李斌;雷永剛;鄭琦;戴華杰;沈小青;胡洵;趙蘇強
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63921部隊
• 主分類號: G01S19/14
• 分類號: G01S19/14;G01V3/12
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明公開了一種基于末子級集群的掩星大氣探測系統，通過將GNSS掩星探測載荷裝載于設有留軌平臺的留軌末子級集群上，該留軌末子級集群包括若干太陽同步軌道任務及傾斜軌道任務上的留軌末子級，這些留軌末子級通過留軌平臺調整姿態，通過GNSS掩星探測載荷接收GNSS導航星的直達信號、GNSS掩星的上升掩星信號及下降掩星信號，對包括電離層電子密度、大氣折射率及溫濕廓線在內的參數數據進行分析，實現大氣探測。充分利用運載火箭高密發射下的留軌末子級進行適應性的改裝，與現有的GNSS掩星探測衛星星座形成巨型混合探測網絡，能有效提高GNSS掩星大氣探測的時空分辨率及探測精度。

技術領域

本發明屬于大氣探測的技術領域，尤其涉及一種基于末子級集群的掩星大氣探測系統。

背景技術

地球大氣為地球生命的繁衍和人類的發展提供了天然的屏障，是人類及地球生命賴以生存的基本條件之一。隨著人類對未知世界的不斷探索，人類的活動范圍已經逐漸向中高層大氣和太空延伸，空間大氣環境已成為人類爭奪的新領地，尤其是載人航天技術的發展，迫切的需要人類對大氣的基本性質、運動變化規律等進行深入研究與分析，并準確的進行空間環境預報。因此，對地球大氣建立長期穩定、全球覆蓋、高精度、高分辨率的探測及分析模式，探究其演變規律及影響范疇是當今地球科學及空間科學的一個重要研究領域。而GNSS無線電掩星大氣探測作為21世紀導航衛星應用的新興領域，是目前世界上最為經濟有效的大氣探測方式之一。

GNSS掩星是指GNSS衛星和低軌衛星被地球大氣遮掩，即通過測量GNSS信號穿過地球大氣層的延遲來獲得大氣的折射指數、電離層參數以及氣壓、溫度和水汽其他氣象信息。GNSS掩星探測的發展能夠彌補水汽輻射計、無線電探空儀、氣象衛星等傳統大氣探測手段的不足，是傳統大氣探測手段的有力補充，其觀測數據具有全天候、全球覆蓋、自校正、實時、高垂直分辨率、高精度、穩定性好等優點。GNSS掩星大氣探測為氣象數據采集提供了新方法，在氣象學、氣候學、電離層和測地學等領域有重要的應用價值。

GNSS掩星探測自GPS/MET試驗以來，已經獲得了蓬勃的發展，并逐漸走向應用。但是其發揮應用效能需要有大規模的衛星星座支撐，才可提供足夠多的掩星事件，衛星星座建設的周期和成本均不可小覷。當前我國的航天發射任務持續高密度進行，隨之帶來的是留軌末子級的數量與日俱增。若基于高密發射下自然形成的大規模留軌末子級集群來構建GNSS掩星大氣探測網絡，開展空間天氣預報、空間電離層、大氣環境探測，使系統能力和應用需求實現了高度匹配，將成為我國GNSS掩星大氣探測星座的有益補充方式，具有極大的工程應用價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于末子級集群的掩星大氣探測系統，可以有效解決傳統GNSS掩星大氣探測星座的周期長、成本高等難題，還可以與現有GNSS掩星探測衛星形成巨型混合探測網絡，大大提高掩星大氣探測精度。

為解決上述問題，本發明的技術方案為：

一種基于末子級集群的掩星大氣探測系統，包括：預設留軌平臺的留軌末子級集群及GNSS掩星探測載荷，所述GNSS掩星探測載荷裝載于留軌末子級上，利用留軌末子級的包絡空間，在留軌末子級的飛行方向安裝陣列天線；

所述留軌末子級集群包括若干太陽同步軌道任務及傾斜軌道任務上的留軌末子級，所述留軌末子級通過留軌平臺調整姿態，并通過所述GNSS掩星探測載荷接收GNSS導航星的直達信號、GNSS掩星的上升掩星信號及下降掩星信號，對包括電離層電子密度、大氣折射率及溫濕廓線在內的參數數據進行分析，實現大氣探測。

根據本發明一實施例，所述留軌末子級利用發射任務后運載火箭姿控系統的剩余能力，發揮剩余推進劑的效能，為留軌平臺創造良好的姿控初始條件，并采用零動量控制、磁力矩器控制的姿態控制手段，實現末子級大慣性艙體姿態的穩定控制，滿足GNSS掩星探測載荷對留軌平臺的姿態需求。