一种基于GPS信号的编队卫星地球大气探测系统的制作方法

本实用新型属于地球大气探测领域，具体涉及一种利用全球导航定位系统(Global Positioning System,GPS)卫星，(Low Earth Orbit)LEO卫星编队和地面测控站联合探测地球大气的探测系统。

背景技术：

目前，公知的地球大气探测手段主要有气象卫星(“FY-3A气象卫星红外分光计透射率计算及大气参数模拟反演试验[D].中国气象科学研究院,2004.”)、激光雷达(“激光雷达在气象和大气环境监测中的应用[J].气象与环境学报,2009,25(05):48-56.”)、探空气球(“探空气球测量大气[J].物理教师,1991(Z1).”)，此外还可利用GPS/LEO无线电掩星技术对地球大气进行探测(“GPS/LEO无线电掩星全息反演技术[D].上海大学,2012.”)。探空气球携带探空仪对大气进行探测，但是探空仪受到环境的干扰比较大，在高空低温、高温恶劣环境下各类传感器可能会失效，增大探测难度。气象卫星、激光雷达以及掩星技术也存在一定的缺陷，它们只是利用单一的信号反演得到大气的参数，不可避免的造成探测误差。除此之外，这些地球大气探测方法只是依靠单一探测体(如探空气球，气象卫星，激光雷达和LEO卫星)来得到探测数据，探测范围以及精度都比较有限。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于GPS信号的LEO卫星编队地球大气探测系统。

本实用新型采用以下技术方案：

一种基于GPS信号的编队卫星地球大气探测系统，包括GPS卫星、LEO卫星编队，以及地面控制站，所述LEO卫星编队包括多个LEO卫星，每一个LEO卫星均包括有用于接收GPS卫星位置信号的第一GPS接收机，所述地面控制站包括有用于接收GPS卫星位置信号的第二GPS接收机，所述的第一和第二GPS接收机的输出端与地面控制站的数据处理单元相连。

所述的第一GPS接收机的输出端通过通信系统与地面控制站的数据处理单元相连，所述第二GPS接收机直接与地面控制站的数据处理单元相连。

每一个LEO卫星进一步包括有动力模块、供电模块和导航控制模块。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

本系统克服现有的地球大气探测系统传感器失效和单一信号反演以及使用单一探测体进行探测的不足，提高大气探测精度，采用LEO系统，轨道高度低，使得传输延时短，路径损耗小，多个卫星组成的星座可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效；传输衰耗小，重量轻且功耗小。

本系统可以在探测地球大气时，利用地面接收站和LEO卫星编队中所有卫星接收到的多个GPS信号的对比完成对大气的探测，多个探测信号可以提高探测准确性，扩大探测范围，并且不受外界环境制约。

地面站接收机安装在地面不同位置，GPS卫星和LEO卫星编队在不同时刻相对于地面站的位置也不同，可以得到不同时刻、不同位置的地球大气参数，用以对探测数据进行补充和完善，采用分布式数据处理可以快速访问、多用户使用；系统设计灵活。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

【附图说明】

图1为本实用新型的系统组成示意图；

图2为大气探测过程示意图；

图3为数据处理原理框图。

其中：1.GPS卫星；2.LEO卫星编队；3.地面控制站。

【具体实施方式】

在图1中，本实用新型所设计的大气探测系统有四部分构成，即GPS卫星、LEO卫星编队、地面控制站和通信系统。其中LEO卫星编队中的每个卫星由动力模块、供电模块、导航控制模块和第一GPS接收机构成；地面控制站由第二GPS接收机和数据处理中心构成。

在图2所示实施示例中，首先根据GPS卫星星历，以及LEO卫星的第一GPS接收机计算出GPS卫星1和LEO卫星编队2相对与地面站3的位置。LEO卫星编队2的所有第一GPS接收机接收到的来自GPS卫星1的信号为[S11、S12、…、S1n]，地面控制站的第二GPS接收机接收到的来自GPS卫星1的信号为S2，并将S2存储至数据处理中心。LEO卫星2通过通信系统将信号[S11、S12、…、S1n]转发至地面站3的数据处理中心。当地面站3位于不同位置时，以及GPS卫星和LEO卫星编队相对与地面站位于不同位置时，可以得到不同时刻不同位置的地球大气参数。

在图3所示数据处理原理框图中，数据处理中心获得信号[S11、S12、…、S1n]和S2之后，通过比较信号[S11、S12、…、S1n]和信号S2，得到地球大气参数。