CN110275182A - 一种临近空间大气温度和压强廓线探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种临近空间大气温度和压强廓线探测系统，所述系统包括设置在发射卫星上第一精密定轨模块和微波掩星信号发射模块、设置在接收卫星上第二精密定轨模块和微波掩星信号接收模块以及设置在上位机的大气温度和压强廓线反演模块；所述第一精密定轨模块用于生成发射卫星的精密定轨观测数据；所述微波掩星信号发射模块用于生成和发射微波掩星信号，还用于将发射卫星的精密定轨观测数据发送至大气温度和压强廓线反演模块；所述第二精密定轨模块用于生成接收卫星的精密定轨观测数据；所述微波掩星信号接收模块用于接收微波掩星信号，对信号进行处理得到微波掩星信号观测量；所述大气温度和压强廓线反演模块用于反演得到大气温度和压强廓线。

Description

一种临近空间大气温度和压强廓线探测系统

技术领域

本发明涉及大气探测技术领域，具体涉及一种临近空间大气温度和压强廓线探测系统。

背景技术

随着航空航天技术的发展，越来越多的飞行器系统在临近空间(20km～100km)环境中运用，这对临近空间大气探测提出了更高的要求。目前，60km～100km高度范围内的临近空间大气探测资料匮乏，缺少有效探测手段。

GNSS掩星探测技术，综合利用无线电掩星观测数据和背景大气信息可反演近地面至60km高度的大气温度、湿度和压强廓线。然而，GNSS电磁波信号主要用于导航和定位，其频率在L波段(1～2GHz)，受电离层折射影响显著，因此GNSS掩星探测技术，对35km～60km高度范围的临近空间大气参数反演在很大程度上依赖背景大气信息，无法反演60km～100km的临近空间大气。

制约GNSS掩星35km～80km大气高精度探测的主要因素是电离层残差。前期研究表明，无线电掩星弯曲角电离层残差与双频信号平方的乘积成反比。因此，K波段电磁波信号可实现35km～80km大气温度和压强廓线的高精度独立探测。

发明内容

本发明的目的在于，为实现35km～80km大气温度和压强廓线的高精度独立探测，提供一种利用K波段电磁波信号的来获取临近空间大气温度和压强廓线的微波掩星探测方法，从而弥补GNSS掩星60km～80km大气探测的空白，摆脱35km～60km掩星大气参数反演对背景大气信息的依赖。

为实现上述目的，本发明提供的一种临近空间大气温度和压强廓线探测系统，所述系统包括设置在发射卫星上的第一精密定轨模块和微波掩星信号发射模块、设置在接收卫星上的第二精密定轨模块和微波掩星信号接收模块以及设置在上位机的大气温度和压强廓线反演模块；

所述第一精密定轨模块，用于接收GNSS信号，处理后生成发射卫星的精密定轨观测数据，发送至微波掩星信号发射模块；

所述微波掩星信号发射模块，用于生成和发射微波掩星信号，还用于将发射卫星的精密定轨观测数据发送至所述大气温度和压强廓线反演模块；

所述第二精密定轨模块，用于接收GNSS信号，处理后生成接收卫星的精密定轨观测数据，发送至微波掩星信号接收模块；

所述微波掩星信号接收模块，用于接收微波掩星信号，对信号进行处理得到微波掩星信号观测量，将接收卫星的精密定轨观测数据和微波掩星信号观测量发送至所述大气温度和压强廓线反演模块；

所述大气温度和压强廓线反演模块，用于根据发射卫星和接收卫星的精密定轨观测数据，以及微波掩星信号的观测量，反演得到大气温度和压强廓线。

作为上述系统的一种改进，所述微波掩星信号发射模块包括前向微波掩星发射天线、后向微波掩星发射天线，前向掩星发射射频单元、后向掩星发射射频单元和发射机处理单元；

所述发射机处理单元，用于生成中频模拟信号，还用于接收第一精密定轨模块发送的发射卫星的精密定轨观测数据，并发送至所述大气温度和压强廓线反演模块；

所述前向射频发射单元，用于对中频模拟信号进行处理生成K波段的微波掩星信号，将生成的微波掩星信号发送至前向微波掩星发射天线；

所述前向微波掩星发射天线，用于发射上升掩星事件微波掩星信号；

所述后向射频发射单元，用于对中频模拟信号进行放大处理生成K波段的微波掩星信号，将生成的微波掩星信号发送至后向微波掩星发射天线；

所述后向微波掩星发射天线，用于发射下降掩星事件微波掩星信号。

作为上述系统的一种改进，所述发射机处理单元包括超稳振荡器、基带数据处理模块、数模转换器和数据发送单元；

所述超稳振荡器，用于产生基准频率载波信号和伪随机码；

所述的基带数据处理模块，用于将伪随机码以BPSK方式调制在载波上获得基带信号，然后对基带信号进行上变频生产中频数字信号；

所述数模转换器，用于将中频数字信号转换成中频模拟信号；

所述数据发送单元，用于将接收到的发射卫星的精密定轨观测数据发送至所述大气温度和压强廓线反演模块。

作为上述系统的一种改进，所述前向射频发射单元/后向发射射频单元包括：频率发生器和发射器；

所述频率发生器，用于对中频模拟信号进行处理；包括一个用于产生基准频率超稳振荡器和一个用于提高中频信号精确度和稳定度的频率合成器；

所述发射器包括混频器、滤波器、功率放大器、驱动器、隔离器和自动电平控制电路；

所述混频器，用于将中频模拟信号上变频至发射频率信号；

所述滤波器，用于对发射频率信号进行滤波；

所述功率放大器和驱动器，用于对滤波后的发射频率信号进行功率放大，然后送入前向微波掩星发射天线/后向微波掩星发射天线；

所述隔离器安装在功率放大器之后，以保持恒定的负载条件，有助于确保输出功率的稳定性；

所述自动电平控制电路，用于补偿由于热效应、闪烁噪声和功率引起的随机增益变化，以保持输出电压恒定。

作为上述系统的一种改进，所述第一精密定轨模块包括：POD天线和POD射频单元；

所述POD天线，用于接收天顶区域范围内的GNSS卫星发射的信号；

所述POD射频单元，用于将POD天线接收的GNSS卫星信号进行放大、射频滤波处理后生成包含发射卫星的精密定轨观测数据的射频信号，将射频信号输入至发射机处理单元。

作为上述系统的一种改进，所述微波掩星信号接收模块包括：前向微波掩星接收天线、后向微波掩星接收天线，前向掩星接收射频单元、后向掩星接收射频单元和接收机处理单元；

所述前向微波掩星接收天线，用于接收上升掩星事件的K波段的微波掩星信号；

所述后向微波掩星接收天线，用于接收下降掩星事件的K波段的微波掩星信号；

所述前向接收射频单元，用于将前向微波掩星天线接收的信号进行放大、射频滤波处理，将生成的射频信号输入至接收机处理单元；

所述后向接收射频单元，用于将后向微波掩星天线接收的信号进行放大、射频滤波处理，将生成的射频信号输入至接收机处理单元；

所述接收机处理单元，用于对跟踪后的信号进行计算，获得微波掩星信号的载波相位和幅度观测量，还用于接收第二精密定轨模块发送的接收卫星的精密定轨观测数据，将微波掩星信号的载波相位和幅度观测量以及接收卫星的精密定轨观测数据发送至所述大气温度和压强廓线反演模块。

作为上述系统的一种改进，所述前向接收射频单元/后向接收射频单元包括：低噪声放大器和射频滤波器；

所述低噪声放大器，用于对K波段的微波掩星信号进行低噪声放大；

所述射频滤波器，用于对低噪声放大器输出的信号进行射频滤波处理，然后将生成的射频信号输入至接收机处理单元。

作为上述系统的一种改进，所述接收机处理单元包括：中频处理电路、基带处理电路和数据发送单元；所述中频处理电路包括：混频器、中频滤波器和AGC放大器；所述基带处理电路包括：AD转换器、基带处理ASIC芯片和CPU芯片；

所述混频器，用于将射频信号下变频至中频信号；

所述中频滤波器，用于将中频信号进行滤波处理；

所述AGC放大器，用于将滤波后的中频信号进行放大处理后输出至基带处理电路；

所述的AD转换器，用于将AGC放大器输出的中频信号转换成数字信号；

所述基带处理ASIC芯片，用于对AD转换器输出的数字信号进行捕获和跟踪；

所述CPU芯片，用于控制基带处理ASIC芯片；还用于对跟踪后的信号进行伪距、载波相位测量，得到微波掩星信号的载波相位和幅度观测量；

所述数据发送单元，用于将微波掩星信号的载波相位和幅度观测量、接收卫星的精密定轨观测数据发送至所述大气温度和压强廓线反演模块。

作为上述系统的一种改进，所述第二精密定轨模块包括：POD天线和POD射频单元；

所述POD天线，用于接收天顶区域范围内的GNSS卫星发射的信号；

所述POD射频单元，用于将POD天线接收的GNSS卫星信号进行放大、射频滤波处理后生成包含接收卫星的精密定轨观测数据的射频信号，将射频信号输入至接收机处理单元。

作为上述系统的一种改进，所述大气温度和压强廓线反演模块包括：

数据预处理单元，用于对发射卫星和接收卫星的精密定轨观测数据进行坐标转换以及GNSS周跳的探测与修复，利用GNSS精密星历内插出所需时刻的卫星坐标，进而计算GNSS精密轨道以及接收卫星和发射卫星的POD数据；

弯曲角廓线计算单元，用于根据微波掩星信号的载波相位和幅度观测量、GNSS精密轨道和POD数据计算弯曲角廓线；

弯曲角廓线α(a)为：

其中，a为影响参数，和分别是接收卫星和发射卫星的速度在掩星平面上的投影；θ为发射卫星和接收卫星位置矢量之间的夹角；

大气折射率计算单元，用于根据弯曲角廓线，通过Abel积分变换计算大气折射率廓线n(a)：

其中，a₀为微波掩星切点处的影响参数；进而计算掩星切点的影响高度：

h＝a-R

其中，R为地球半径；

则大气折射指数廓线：

N_d(h)＝(n(h)-1)×10⁶

大气密度和压强廓线计算单元，用于基于流体静力学平衡方程和理想大气状态方程，根据大气折射率廓线计算密度和压强廓线；

随高度变化的大气密度廓线ρ(h)为：

其中，h为影响高度；M为干大气的平均分子量，R为理想气体普适常数；

随高度变化的大气压强廓线为P(h)：

其中，u为设定的上边界，P_u为上边界处的压强，g为局部重力加速度；

根据大气密度和压强廓线计算温度廓线T(h)：

本发明的优势在于：

本发明的系统使无线电掩星探测高度范围由对流层顶平流层底区域扩展至临近空间高度范围；弥补GNSS掩星60km～80km大气探测的空白，摆脱35km～60km掩星大气参数反演对背景大气信息的依赖。

附图说明

图1是本发明实施例1的临近空间大气温度和压强廓线探测系统设计框图；

图2是本发明实施例2的临近空间大气温度和压强廓线反演方法示意图；

图3是本发明的临近空间大气温度和压强廓线反演数据处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明提供的一种临近空间大气温度和压强廓线探测系统，包括：2个精密定轨(POD)模块、微波掩星信号发射模块、微波掩星信号接收模块以及大气温度和压强廓线反演模块。

一个精密定轨模块和微波掩星信号发射模块设置在发射卫星平台上，一个精密定轨模块和微波掩星信号接收模块设置在接收卫星平台上，大气温度和压强廓线反演模块设置在地面的上位机。

每个精密定轨(POD)模块由POD天线和POD射频单元组成。微波掩星信号发射模块由前向微波掩星发射天线、后向微波掩星发射天线，前向掩星发射射频单元、后向掩星发射射频单元和发射机处理单元组成。微波掩星信号接收模块由前向微波掩星接收天线、后向微波掩星接收天线，前向掩星接收射频单元、后向掩星接收射频单元和接收机处理单元组成。

POD天线接收天顶区域范围内的GNSS卫星发射的信号；

POD射频单元将POD天线接收的GNSS卫星信号进行放大、射频滤波等处理后，生成包含精密定轨观测数据的射频信号，将生成的射频信号输入至发射机处理单元或接收机处理单元；

发射机处理单元，接收精密定轨观测数据，将发射卫星的精密定轨观测数据发送至大气温度和压强廓线反演模块；用超稳振荡器生成基准频率载波信号和伪随机码，然后将二进制的伪随机数据信号以BPSK的方式调制在微波载波上获得基带信号，所述的基带信号经过上变频生成中频信号，然后通过数模转换器生成模拟中频信号。

前向、后向射频发射单元将K波段的微波掩星信号进行放大处理后，将生成的射频信号发送至前向和后向微波掩星发射天线；所述的前向微波掩星发射天线和后向微波掩星发射天线分别发射上升掩星和下降掩星事件微波掩星信号。

前向微波掩星接收天线和后向微波掩星接收天线分别接收上升掩星和下降掩星事件的K波段的微波掩星信号；

前向和后向接收射频单元将微波掩星接收天线接收的信号进行放大、射频滤波等处理后，将生成的射频信号输入至接收机处理单元；

接收处理单元通过接收的射频信号进行地球低轨卫星捕获和跟踪，并利用跟踪后的信号计算获得微波掩星信号的载波相位和幅度观测量；将接收卫星的精密定轨观测数据和微波掩星信号观测量发送至所述大气温度和压强廓线反演模块；

其中，上升掩星是指发射卫星和接收卫星相向而行时，一开始微波掩星信号被地球遮挡，然后随着发射卫星和接收卫星逐渐上升，微波掩星信号自下而上对地球大气进行扫描探测的过程。下降掩星是指发射卫星和接收卫星背向而行相互远离时，随着发射卫星和接收卫星逐渐下降，微波掩星信号自上而下对地球大气进行扫描探测的过程，最后微波掩星信号被地球遮挡。

如图1所示，本发明的实施例1提供了一种临近空间大气温度和压强廓线探测系统，由六副天线、六台射频单元和两台处理单元组成。六副天线分别为两副POD天线、两副微波掩星发射天线、两副微波掩星接收天线。六台射频单元分别为两个POD射频单元、两个微波掩星发射射频单元和两个微波掩星接收射频单元。两台处理单元分别是发射机处理单元和接收机处理单元。

本实施例中，发射机处理单元包括超稳振荡器、基带数据处理模块、数模转换器和数据发送单元。所述的超稳振荡器用于产生基准频率载波信号和伪随机码；所述的基带数据处理模块将伪随机码以BPSK方式调制在载波上获得基带信号，所述的基带信号通过上变频生产中频数字信号；所述的中频数字信号经数模转换器生成中频模拟信号。数据发送单元，用于将接收到的发射卫星的精密定轨观测数据发送至所述大气温度和压强廓线反演模块。

所述的射频单元包括：频率发生器和发射器。频率发生器包括一个超稳振荡器用于产生基准频率和频率合成器用于提高中频信号的精确度和稳定度。所述的发射器包括混频器、滤波器、功率放大器、驱动器、隔离器和自动电平控制(ALC)电路。混频器用于将所述的中频信号上变频至发射频率信号，通过滤波器滤波、功率放大器和驱动器放大后送入微波掩星发射天线。所述的隔离器安装在功率放大器之后，以保持恒定的负载条件，有助于确保输出功率的稳定性。自动电平控制(ALC)电路，用于补偿由于热效应、闪烁噪声和功率引起的随机增益变化，以保持输出电压恒定。

本实施例的微波掩星发射天线和接收天线均采用增益较高的喇叭天线。前向微波掩星发射天线和后向微波掩星发射天线分别用于发射上升掩星和下降掩星事件的微波掩星信号。

POD天线和微波掩星接收天线接收的信号，经过对应的射频单元放大滤波处理后，输入至接收机处理单元进行信号处理。接收机处理单元接收经射频单元放大滤波后的射频信号，接收机处理单元主要功能是实现射频信号的下变频、基带信号处理和观测量解算。

所述的射频单元由低噪声放大器和射频滤波器组成，其主要功能是对各天线接收的信号进行放大、选频和滤波。所述的低噪声放大器和射频滤波器分别用于将定位天线和掩星天线接收的信号进行放大和带外滤波。射频单元首先对输入的信号进行低噪声放大，射频滤波处理后，将生成的射频信号输入至接收机处理单元。

所述的接收机处理单元由中频处理电路、基带处理电路和数据发送单元组成。所述的中频处理电路由混频器、中频滤波器、AGC放大器构成。所述的混频器用于将射频信号下变频至中频信号，并通过中频滤波器将该中频信号进行滤波处理，所述的AGC放大器用于将滤波后的中频信号进行放大处理后输出至基带处理电路。

所述的基带处理电路由AD转换器、基带处理ASIC芯片和CPU芯片组成，基带处理ASIC芯片实现对下变频和AD采样后的GNSS定轨信号和微波掩星信号进行捕获和跟踪。CPU芯片主要功能是对捕获跟踪后的GNSS信号和微波信号进行伪距、载波相位观测量的高精度测量，对定位的伪距、载波相位或二者的组合观测量可进行实时的定位，对载波相位观测量可用于事后精密定轨和提取微波掩星信号附加相位信息。

数据发送单元，用于将微波掩星信号的载波相位和幅度观测量、接收卫星的精密定轨观测数据发送至所述大气温度和压强廓线反演模块。

如图2和图3所示，所述大气温度和压强廓线反演模块中的数据处理流程包括：

步骤S11：数据预处理，对发射卫星和接收卫星的精密定轨观测数据进行坐标转换以及GNSS周跳的探测与修复，利用GNSS精密星历内插出所需时刻的卫星坐标，进而计算GNSS精密轨道以及接收卫星和发射卫星的POD数据；

步骤S12：根据微波掩星观测数据和GNSS精密轨道和低轨卫星POD数据计算附件相位、附加多普勒和弯曲角廓线；

光学距离减去发射卫星和接收卫星之间的几何距离即为载波信号的相位延迟。每次采样载波的附加相位延迟为：

两边对时间求导，获得附加多普勒：

上式中，称为附加多普勒；载波相位路径对时间的导数与多普勒频移的关系为：

上式中，c为真空光速；Δf为载波频率f的多普勒频移，即信号接收频率相对于发射频率的变化。由多普勒频移和卫星速度间的关系得：

其中和分别是接收卫星和发射卫星的速度在掩星平面上的投影；χ为信号入射方向与的夹角；为信号出射方向与的夹角。

在大气球对称模型假设下：

总弯曲角可计算为：

其中，a为影响参数，和分别是接收卫星和发射卫星的速度在掩星平面上的投影；θ为发射卫星和接收卫星位置矢量之间的夹角；

步骤S13：根据弯曲角廓线，通过Abel积分变换计算大气折射率廓线；

在地球大气局部球对称假设下，折射率可通过以下Abel积分变换公式，由微波掩星信号弯曲角大气折射率廓线n(a)：

其中，a₀为微波掩星切点处的影响参数；

进而计算掩星切点的影响高度：

h＝a-R

其中，R为地球半径；

则大气折射指数廓线：

N_d(h)＝(n(h)-1)×10⁶

步骤S14：根据大气折射率廓线基于流体静力学平衡方程和理想大气状态方程计算密度和压强廓线；

步骤S15：根据密度和压强廓线计算温度廓线；

步骤S14和步骤S15具体的求解过程如下：

临近空间大气内水分含量极低，可忽略水汽和液态水的影响，因此这一高度范围内的大气折射指数主要是由干大气折射率引起的，

随高度变化的大气密度廓线ρ(h)为：

其中，h为影响高度；M为干大气的平均分子量，R为理想气体普适常数；

随高度变化的大气压强廓线为P(h)：

其中，u为设定的上边界，P_u为上边界处的压强，g为局部重力加速度；

根据大气密度和压强廓线计算温度廓线T(h)：

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。

Claims (10)

1.一种临近空间大气温度和压强廓线探测系统，其特征在于，所述系统包括设置在发射卫星上的第一精密定轨模块和微波掩星信号发射模块、设置在接收卫星上的第二精密定轨模块和微波掩星信号接收模块以及设置在上位机的大气温度和压强廓线反演模块；

所述第一精密定轨模块，用于接收GNSS信号，处理后生成发射卫星的精密定轨观测数据，发送至微波掩星信号发射模块；

所述微波掩星信号发射模块，用于生成和发射微波掩星信号，还用于将发射卫星的精密定轨观测数据发送至所述大气温度和压强廓线反演模块；

所述第二精密定轨模块，用于接收GNSS信号，处理后生成接收卫星的精密定轨观测数据，发送至微波掩星信号接收模块；

所述微波掩星信号接收模块，用于接收微波掩星信号，对信号进行处理得到微波掩星信号观测量，将接收卫星的精密定轨观测数据和微波掩星信号观测量发送至所述大气温度和压强廓线反演模块；

所述大气温度和压强廓线反演模块，用于根据发射卫星和接收卫星的精密定轨观测数据，以及微波掩星信号的观测量，反演得到大气温度和压强廓线。

2.根据权利要求1所述的临近空间大气温度和压强廓线探测系统，其特征在于，所述微波掩星信号发射模块包括前向微波掩星发射天线、后向微波掩星发射天线，前向掩星发射射频单元、后向掩星发射射频单元和发射机处理单元；

所述发射机处理单元，用于生成中频模拟信号，还用于接收第一精密定轨模块发送的发射卫星的精密定轨观测数据，并发送至所述大气温度和压强廓线反演模块；

所述前向射频发射单元，用于对中频模拟信号进行处理生成K波段的微波掩星信号，将生成的微波掩星信号发送至前向微波掩星发射天线；

所述前向微波掩星发射天线，用于发射上升掩星事件微波掩星信号；

所述后向射频发射单元，用于对中频模拟信号进行放大处理生成K波段的微波掩星信号，将生成的微波掩星信号发送至后向微波掩星发射天线；

所述后向微波掩星发射天线，用于发射下降掩星事件微波掩星信号。

3.根据权利要求2所述的临近空间大气温度和压强廓线探测系统，其特征在于，所述发射机处理单元包括超稳振荡器、基带数据处理模块、数模转换器和数据发送单元；

所述超稳振荡器，用于产生基准频率载波信号和伪随机码；

所述的基带数据处理模块，用于将伪随机码以BPSK方式调制在载波上获得基带信号，然后对基带信号进行上变频生产中频数字信号；

所述数模转换器，用于将中频数字信号转换成中频模拟信号；

所述数据发送单元，用于将接收到的发射卫星的精密定轨观测数据发送至所述大气温度和压强廓线反演模块。

4.根据权利要求3所述的临近空间大气温度和压强廓线探测系统，其特征在于，所述前向射频发射单元/后向发射射频单元包括：频率发生器和发射器；

所述频率发生器，用于对中频模拟信号进行处理；包括一个用于产生基准频率超稳振荡器和一个用于提高中频信号精确度和稳定度的频率合成器；

所述发射器包括混频器、滤波器、功率放大器、驱动器、隔离器和自动电平控制电路；

所述混频器，用于将中频模拟信号上变频至发射频率信号；

所述滤波器，用于对发射频率信号进行滤波；

所述功率放大器和驱动器，用于对滤波后的发射频率信号进行功率放大，然后送入前向微波掩星发射天线/后向微波掩星发射天线；

所述隔离器安装在功率放大器之后，以保持恒定的负载条件，有助于确保输出功率的稳定性；

所述自动电平控制电路，用于补偿由于热效应、闪烁噪声和功率引起的随机增益变化，以保持输出电压恒定。

5.根据权利要求2所述的临近空间大气温度和压强廓线探测系统，其特征在于，所述第一精密定轨模块包括：POD天线和POD射频单元；

所述POD天线，用于接收天顶区域范围内的GNSS卫星发射的信号；

所述POD射频单元，用于将POD天线接收的GNSS卫星信号进行放大、射频滤波处理后生成包含发射卫星的精密定轨观测数据的射频信号，将射频信号输入至发射机处理单元。

6.根据权利要求4所述的临近空间大气温度和压强廓线探测系统，其特征在于，所述微波掩星信号接收模块包括：前向微波掩星接收天线、后向微波掩星接收天线，前向掩星接收射频单元、后向掩星接收射频单元和接收机处理单元；

所述前向微波掩星接收天线，用于接收上升掩星事件的K波段的微波掩星信号；

所述后向微波掩星接收天线，用于接收下降掩星事件的K波段的微波掩星信号；

所述前向接收射频单元，用于将前向微波掩星天线接收的信号进行放大、射频滤波处理，将生成的射频信号输入至接收机处理单元；

所述后向接收射频单元，用于将后向微波掩星天线接收的信号进行放大、射频滤波处理，将生成的射频信号输入至接收机处理单元；

所述接收机处理单元，用于对跟踪后的信号进行计算，获得微波掩星信号的载波相位和幅度观测量，还用于接收第二精密定轨模块发送的接收卫星的精密定轨观测数据，将微波掩星信号的载波相位和幅度观测量以及接收卫星的精密定轨观测数据发送至所述大气温度和压强廓线反演模块。

7.根据权利要求6所述的临近空间大气温度和压强廓线探测系统，其特征在于，所述前向接收射频单元/后向接收射频单元包括：低噪声放大器和射频滤波器；

所述低噪声放大器，用于对K波段的微波掩星信号进行低噪声放大；

所述射频滤波器，用于对低噪声放大器输出的信号进行射频滤波处理，然后将生成的射频信号输入至接收机处理单元。

8.根据权利要求7所述的临近空间大气温度和压强廓线探测系统，其特征在于，所述接收机处理单元包括：中频处理电路、基带处理电路和数据发送单元；所述中频处理电路包括：混频器、中频滤波器和AGC放大器；所述基带处理电路包括：AD转换器、基带处理ASIC芯片和CPU芯片；

所述混频器，用于将射频信号下变频至中频信号；

所述中频滤波器，用于将中频信号进行滤波处理；

所述AGC放大器，用于将滤波后的中频信号进行放大处理后输出至基带处理电路；

所述的AD转换器，用于将AGC放大器输出的中频信号转换成数字信号；

所述基带处理ASIC芯片，用于对AD转换器输出的数字信号进行捕获和跟踪；

所述CPU芯片，用于控制基带处理ASIC芯片；还用于对跟踪后的信号进行伪距、载波相位测量，得到微波掩星信号的载波相位和幅度观测量；

所述数据发送单元，用于将微波掩星信号的载波相位和幅度观测量、接收卫星的精密定轨观测数据发送至所述大气温度和压强廓线反演模块。

9.根据权利要求8所述的临近空间大气温度和压强廓线探测系统，其特征在于，所述第二精密定轨模块包括：POD天线和POD射频单元；

所述POD天线，用于接收天顶区域范围内的GNSS卫星发射的信号；

所述POD射频单元，用于将POD天线接收的GNSS卫星信号进行放大、射频滤波处理后生成包含接收卫星的精密定轨观测数据的射频信号，将射频信号输入至接收机处理单元。

10.根据权利要求9所述的临近空间大气温度和压强廓线探测系统，其特征在于，所述大气温度和压强廓线反演模块包括：

数据预处理单元，用于对发射卫星和接收卫星的精密定轨观测数据进行坐标转换以及GNSS周跳的探测与修复，利用GNSS精密星历内插出所需时刻的卫星坐标，进而计算GNSS精密轨道以及接收卫星和发射卫星的POD数据；

弯曲角廓线计算单元，用于根据微波掩星信号的载波相位和幅度观测量、GNSS精密轨道和POD数据计算弯曲角廓线；

弯曲角廓线α(a)为：

其中，a为影响参数，和分别是接收卫星和发射卫星的速度在掩星平面上的投影；θ为发射卫星和接收卫星位置矢量之间的夹角；

大气折射率计算单元，用于根据弯曲角廓线，通过Abel积分变换计算大气折射率廓线n(a)：

其中，a₀为微波掩星切点处的影响参数；进而计算掩星切点的影响高度：

h＝a-R

其中，R为地球半径；

则大气折射指数廓线：

N_d(h)＝(n(h)-1)×10⁶

大气密度和压强廓线计算单元，用于基于流体静力学平衡方程和理想大气状态方程，根据大气折射率廓线计算密度和压强廓线；

随高度变化的大气密度廓线ρ(h)为：

其中，h为影响高度；M为干大气的平均分子量，R为理想气体普适常数；

随高度变化的大气压强廓线为P(h)：

其中，u为设定的上边界，P_u为上边界处的压强，g为局部重力加速度；

根据大气密度和压强廓线计算温度廓线T(h)：