SPOPS在行星探测星-地无线电掩星资料处理中的应用

开展星-地火星大气和电离层的掩星观测是中俄联合火星探测YH-1任务中的一个组成部分。为此科学目标，已经初步开发了星-地行星无线电掩星观测资料处理系统，并利用NASA/PDS公布的Mars Express火星无线电掩星观测数据进行了火星大气和电离层的反演，通过与Level04产品的对比实现对系统的验证。本项目将继续开展火星在轨卫星的无线电跟踪观测；开发SPOPS系统与YH-1的工程软件接口；针对YH-1掩星观测进行软件算法改进；利用MEX和MGS的Level02级数据进行系统的验证；并利用已有的反演廓线进行火星大气和电离层模型的研究。该系统完成后还具备处理国内外大行星及其自然卫星的大气掩星观测资料的能力，对我国YH-1火星探测工程及后续的行星探测计划都具有重要意义。

行星无线电掩星探测技术是研究行星大气和电离层的重要手段之一。本研究自主开发了行星掩星观测资料处理系统(SPOPS)，实现了在单频及双频差分反演，入掩星和出掩星，经典的弯曲角Abel变换和TEC Abel变换反演，批处理等方面的功能，具备了处理太阳系内各大行星的掩星观测数据的能力。利用国内射电天线观测的在轨火星和金星卫星的观测数据以及NASA和ESA行星数据系统已有的卫星数据对该软件系统进行了验证。. 我们处理了所有已公布的火星快车2级掩星多普勒观测数据，共得到了400多条火星电离层的电子密度廓线及对应的中性大气的温度、压强、分子数密度廓线，并给出了完整的误差分析结果。基于这一结果，分析了火星日间和夜间电离层的异常结构变化特性，如太阳风和和电离层相互作用产生的上层电离层的分层以及流星引起的低层分层现象；统计了电离层的峰值密度，峰值高度，总电子含量和电离层板厚相对于太阳天顶角的变化情况。基于上海25米射电天线和ESA New Norcia 35米射电天线对金星快车的单程开环掩星观测数据，分析了单频S波段，单频X波段和双频差分多普勒观测数据对电离层反演结果的影响，结果表明由于为模型化的轨道误差的影响，X波段的反演结果比S波段的结果更接近双频差分的结果。太阳活动中年期间金星电离层顶的变化范围在180-280km范围内，这一结果与之前对金星电离层顶高度的研究结果是一致的。反演得到的金星电离层廓线上层出现的一些抖动和鼓包等结构很有可能是太阳风和金星电离层相互作用引起的。. 基于以上的研究成果，共发表SCI论文4篇（第一作者2篇），中文核心1篇，并参加国内外学术会议若干次。下一步，我们仍需要基于这些电子密度廓线结果进一步研究火星壳磁场以及空间天气变化（如太阳高能质子事件）等对火星电离层结构变化的影响。以上的工作对我国未来的深空探测任务，尤其是对火星和金星的探测具有一定的参考价值。