中华卫星三号科学研究-GPSARC-国立中央大学.docVIP

福爾摩沙衛星三號氣象研究簡介 黃清勇國立中央大學大氣科學系 December 2006 摘要美共同合作的ORMOSAT-3/COSMIC，地球（low-earth-orbit）顆全球定位GPS發射1.58及1.23千兆赫（GHz）頻率訊號，形成所謂掩星觀測（constellation occultation observations）。多衛星及載儀器所具功能特性，其主要目標著重在建立全球大氣重要參數之衛星即時觀測作業網，以：(1) 增進全球及地區性天氣預報作業之精確度；(2) 增進太空天氣之監控與預報能力及電離層動態監控等相關用途；(3) 提供氣候研究及全球變遷研究資料；(4) 提供地球重力及衛星軌道研究資料等。ORMOSAT-3/COSMIC計畫 一、前言目前在天際有2顆全球定位GPS（Global Positioning System）衛星，在距地約兩萬公里高運行，固定發射1.58及1.23千兆赫（GHz）頻率訊號，如果能於低地球軌道（low-earth-orbit）提供若干訊號接收衛星，則所提供之接收網絡形成所謂掩星觀測（constellation occultation observations）。美國大氣大學聯盟（UCAR）於1995發射第一顆此種訊號接收衛星，來求取與大氣相關之資訊，命名為GPS/MET實驗。GPS/MET之工作原理就是利用裝載於繞地球低軌道衛星上之GPS接收器，觀測GPS無線電波訊號傳播在穿過地球大氣層氣所產生的折射現象，接收GPS訊號的時間延遲現象，並利用反演技術推算出無線電波訊號所經過路徑上之電子密度和溫度、壓力、及水汽含量等資料，是一種不受天候影響之主動性的大氣無線電波折射探測技術。為了推算大氣層對無線電波傳播所造成的影響，必需精確的知道信號來源和接收器的位置，才可能推算大氣層對電波所造成之折射影響。由GPS/MET接收器的位置和GPS定位信號的正確位置，可以量出定位信號在穿透大氣時的折射角度，再利用模式和一些假設就可以由反演技術直接推算大氣折射率。大氣折射率為壓力、溫度、水汽含量等參數之函數，故可藉此協助估計大氣之壓力、溫度或水含量。除主要的GPS訊號接收器酬載，在訊號接收衛星上亦可加掛各種其它儀器酬載觀測，將於後續介紹。 衛星工業與技術研發為政府推動的重要國家級計畫，責由國家太空統籌規劃及執行，在擬定的十五年發展計畫，由一號、二號及三號系列進行。其中一號已並進行多項科學研究，二號為遙測資源衛星，目前，三號(SAT-3)則已我國與美國大學大氣研究聯盟(UCAR)美國軌道科技公司(OSC)合作公元200年發射6顆GPS訊號接收衛星，進行科學實驗研究有鑑於此計畫的成功與否，不僅取決於衛星本體元件製造技術之建立及衛星軌道之操控技術能力，亦相當依賴衛星觀測資料於科學研究與實際應用層面之發展情況，因此國科會於自然處海科中心成立「推動中華衛星三號科學研究」計畫，來推動與規劃與衛三號科學研究有關之任務。過去幾年曾參與衛三號科學研究任務相關規劃與討論工作之學者專家甚多，者係擔任過為國科會衛三號科研COSMIC推動計畫主持人及目前NSPO整合研究計畫主持人，對於衛三號科學研究任務規劃多所觸及，乃於此做個簡介說明計畫背景與國內外目前主要研究成果COSMIC科學研究專刊。TAO曾於2000年出版COSMIC專刊，但主要針對國外GPS Radio Occultation技術及當時COSMIC現況，甚少涉及國內過去推動歷史及主要研究成果。本文另一主旨在對我國福衛三號 FOMOSAT-3/COSMIC計畫背景與主旨 （一）衛星三號（SAT-3/COSMIC）簡介美共同合作的ORMOSAT-3/COSMIC計畫三號經美整合科學研究規劃後，據衛星設計與觀測能力之本質，為COSMIC (Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate) 計畫onstellation原意為星座，即有多衛星環繞地球守護之精神。衛星衛星衛星三號SAT-3）已順利於2006年4月15日於美國加州成功發射。每顆衛星重量約為40公斤，搭載三個科學酬載，預半年內將顆衛星分別調整至約800公里高軌道的觀測作業，以接收2顆GPS定位衛星發射的電訊。三個科學酬載分別為(1)氣象用全球定位系統接收器(GPS/MET)，(2) 小型電離層光測器(TIP)， (3) 三頻指標信號儀(Tri-Band Beacon)，用來建立全球大氣重要參數之即時觀測作業網。美共同合作的ORMOSAT-3/COSMIC計畫，因多衛星及載儀器所具功能特性，其主要目標著重在建立全球大氣重要參數之衛星即時觀測作業網，以：(1) 增進全球及地區性天氣預報作業之精確度；(2) 增進太空天氣之監控與