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GPS无线电掩星观测技术作为21世纪导航卫星应用的新兴技术,是目前空间探测技术的重要手段。GPS无线电掩星中性大气反演技术可以通过掩星观测卫星提供的全球观测资料,反演获得高精度、全天候的中性大气参数,该技术在气象预报、空间环境探测、天文观测以及国防安保等领域具有广泛的应用前景。本文基于GPS无线电掩星中性大气反演技术的基本原理以及发展现状,针对目前国内无线电掩星反演算法中存在的问题,对几何光学反演算法以及全谱反演算法进行了深入研究。考虑到无线电掩星反演过程中诸多误差因素可能导致反演结果受到影响,利用模拟仿真分析的方法进行了深入分析。以下三点为本文的主要研究内容及相应结论:(1)实现了GPS无线电掩星中性大气几何光学反演算法。本文基于COSMIC公布的附加相位延迟数据进行解算,详细介绍了基于单信号的几何光学反演算法具体流程,最终实现了中性大气几何光学反演算法,并给出了几何光学反演算例。通过反演算例可以看出,几何光学反演算法在10公里以上折射率廓线、干温及干压廓线都具有较好的反演效果,其反演结果与ECMWF结果相当,在较高对流层具有一定的可信度。(2)考虑到GPS无线电掩星中性大气反演中的误差问题,针对反演过程中可能造成反演误差的因素进行了深入的模拟仿真分析。本文基于EGOPS模拟仿真软件,采用三维射线追踪法模拟了一天426个掩星事件,并统计分析了钟差、轨道误差、噪声误差及振幅等多种误差源影响特性。得出了一些有益结论:钟的稳定度越高,其反演精度越高,为保证反演精度需求,需将钟的稳定性控制在2*10-13以上;现有的精密定轨精度,完全可以满足掩星反演需求;噪声误差对掩星反演的精度影响较大,高斯噪声误差在4mm时,最大相对偏差接近-6%;多路径误差中,周期影响远小于振幅影响,在20km以上振幅与温度均方根误差成正相关特性,振幅对中高层大气的反演精度影响较大。(3)建立了完善的GPS无线电掩星中性大气处理流程,低对流层区域采用全谱反演算法,较高对流层采用传统的几何光学反演算法。为有效解决中性大气反演中大气多路径问题,本文在低对流层采用了全谱反演方法(FSI),较高对流层采用传统的几何光学反演方法,通过Abel积分最终获得弯曲角廓线。利用该方法对COSMIC公布的掩星数据进行处理,解算结果与对应ECMWF分析场资料进行了统计比较,FSI的反演结果相对偏差绝对值在0.5%以内,标准差在2%以内,总体反演结果与COSMIC反演相差较小,说明全谱反演算法具有较高的反演精度及适用性。