[发明专利]一种电离层活动空间观测系统

说明书

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薄；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。