空-地卫星光通信系统中超前对准问题的研究
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从 而得 到大气 光路方 程 ， 或射 线轨迹 方 程 ｎｓｎ ｒｉＯ一 常数 一 Ｃ
（ ａ ｔ ｏ ｓ ａ ｅ ｅ ｒｈｔ ｐ ｃ ）
Ｖ ｏ ．４ Ｎ＿ １ ０ Ｏ ４ Ａｕ ｇ．２ ７ ００
文 章 编 号 ： ４５７ ４ （０ ７０ —０ １０ ０ ６ —９ ２２ ０ ）４０ ６— ５
空 一地 卫星 光 通 信 系统 中超 前 对 准 问题 的研 究
肖军颖 ， 健 ， 司 吴 张 荣 敏山 ， 虹 ， 莉
一 一
（） ４
又称为 视天 顶距 ， 观测得 到 的． 是 如果 知道 ， 星体 的真实 天顶距 就 可确定 ． 则
为求 出蒙气 差 的具 体表 达式 ， 有两 薄大气 层 ， 图 ３ 设 如 所示 ， 它们 的折射率 分别 为 和 — ｄ 入射角 ，
分别 为 ０和 ０＋ ｄ ， 由大气 光路方程 （ ） Ｏ则 ３
中 图分 类 号 ： ７ ． １ Ｖ４ ４ ２ 文献 标 识 码 ： Ａ
０ 引 言
光 在 均 匀 介 质 中 是 以 直 线 传 播 的 ， 而 由 大 气 折 射 率 模 型 公 式 然 １ ０ 一 １＋ ７ ． （ ７ ６ １＋ ７ ５ ． ２× ） ｐ Ｔ）× １ 可 知 ， （／ ０ 由于大 气压 Ｐ和温度 均是 随高 度变化 的物作者 简 介 ：肖军 颖 （ １ ， ， 苏 徐 州 人 ， 士 研 究 生 ． １ ８ 一） 女 江 ９ 硕
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・６ ・ ２
南 开 大学 学 报 （ 自然 科 学 版 ）
第４ Ｏ卷
距 与人们 在地 面看 到此光线 的天 顶距 并 不 一样 ， 如图 ２所示 ［． 】 ］ 这种 天顶距 的差 系大气 折射所 致． 之为 蒙气差 ， 称 以 表示 ， 则
而变． 以地 球大 气 中光传 输 的光路 是 弯 曲的． 所 也正是 由于地 球大 气折 射率 随 离地 高度 而 变化 ， 在大 气 光
层 中传输 会 因大气折 射率 梯度 而造 成星体 位置 变化 ， 月变形 ， 穹范 围扩大 等现象 ． 日、 天
１ 大气 光 路 方 程
如 图 １ 将大 气看 成 为球 面分 层 ， ， 并将 大 气 分成 许 多 同心球 层 ， 一 每
ｌｉ ０ ｓｎ ｌ一 ２ ｉ ｅ ， ｓ ｎ ２＝ ｎ ｓ ｎ ３ … ， ｓｎ ２ ２ ｉ ０ ３ｉｅ ，
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另外根 据三 角形 的正 弦定律 ， 由图 １ 得 可
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图 １ 大气 光 路 方程 导 出示 意 图
（ ） Ｆ ｇ １ Ｔｈ ｃ ｅ ｆｄ ｄ ｃｉｎ ２ ｉ・ ｅｓ ｈ ｍａｏ ｅ ｕ ｔ ｏ
（１ ．南 开 大 学 信 息 技 术科 学 学 院 ， 津 ３ ０ ７ ； ． 天 ０ ０ １ ２ 电子 科 技 大 学 物 理 电 子 学 院 ，四川 成 都 ６ ０ ５ １０ ４） 摘 要 ：推 导 大气 光 路 方 程 ， 入 物 理 名 词 蒙 气 差 ， 别 计 算 上 行 链 路 及 下 行 链 路 的 偏 转 角 ， 明偏 转 角 存 在 引 分 说 的原 因并 提 出消 除 偏 转 角 的可 行 性 方 法 ： 过 提 高 发 射 角 使 其 光 线 偏 转 后 能 精 确 对 准 ． 通 关 键 词 ： 间光 通 信 ；蒙 气 差 ； 顶 距 空 天
球层具 有 相 同的密度 ， 则进 入大 气 的光线 只有 在 球层 的界 面上 才发 生折
射． 定 、。 。… 分别 代 表各 层 的空 气折 射 率 ， 假 、 、 ０为入 射 角 ， 为 折射 ｅ 角 ， 为各折 射点距 地 心的距 离 ， 在各 同心 球面 的界 面上有 【 ， ． 则 １ ］
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第４ Ｏ卷
第 ４期
南 开 大 学 学 报（ 自然科 学版 ）
ＡｃａＳｃｅ ｔ ｒ ｍ ｔ ｒ ｌ ｍ ｉｅｓｔｔ ｎ ａ ｅｓｓ ｔ ｉｎｉ ｕ Ｎａ ｕ ａ ｉ Ｕｎｖ ｒｉ ｉ Ｎａ ｋ ｉｎ ｉ ａ ｕ ａｓ
２０ ０ ７年 ８月
（ ３）
２ 折射 球 对 称 大 气 光 线 追 迹
蒙 气差． 由于大气 笼罩 地 球表 面 ， 大气 密度 又 自下 而上减 小 ， 因而 来 自大 气外 的光 线 进入 大 气 的天顶
收稿 日期 ：２ ０ — １Ｏ ０ ６１ 一３
基金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 （ ０ ７０ ９ ６５２７）
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图 ２ 大 气 光 线 折射 示 意 图
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图 ３ 空气 薄 层 折射 规律 （ 一空 ） 地
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从 而得 到大气 光路方 程 ， 或射 线轨迹 方 程 ｎｓｎ ｒｉＯ一 常数 一 Ｃ
（ ａ ｔ ｏ ｓ ａ ｅ ｅ ｒｈｔ ｐ ｃ ）
Ｖ ｏ ．４ Ｎ＿ １ ０ Ｏ ４ Ａｕ ｇ．２ ７ ００
文 章 编 号 ： ４５７ ４ （０ ７０ —０ １０ ０ ６ —９ ２２ ０ ）４０ ６— ５
空 一地 卫星 光 通 信 系统 中超 前 对 准 问题 的研 究
肖军颖 ， 健 ， 司 吴 张 荣 敏山 ， 虹 ， 莉
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（） ４
又称为 视天 顶距 ， 观测得 到 的． 是 如果 知道 ， 星体 的真实 天顶距 就 可确定 ． 则
为求 出蒙气 差 的具 体表 达式 ， 有两 薄大气 层 ， 图 ３ 设 如 所示 ， 它们 的折射率 分别 为 和 — ｄ 入射角 ，
分别 为 ０和 ０＋ ｄ ， 由大气 光路方程 （ ） Ｏ则 ３
中 图分 类 号 ： ７ ． １ Ｖ４ ４ ２ 文献 标 识 码 ： Ａ
０ 引 言
光 在 均 匀 介 质 中 是 以 直 线 传 播 的 ， 而 由 大 气 折 射 率 模 型 公 式 然 １ ０ 一 １＋ ７ ． （ ７ ６ １＋ ７ ５ ． ２× ） ｐ Ｔ）× １ 可 知 ， （／ ０ 由于大 气压 Ｐ和温度 均是 随高 度变化 的物作者 简 介 ：肖军 颖 （ １ ， ， 苏 徐 州 人 ， 士 研 究 生 ． １ ８ 一） 女 江 ９ 硕
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距 与人们 在地 面看 到此光线 的天 顶距 并 不 一样 ， 如图 ２所示 ［． 】 ］ 这种 天顶距 的差 系大气 折射所 致． 之为 蒙气差 ， 称 以 表示 ， 则
而变． 以地 球大 气 中光传 输 的光路 是 弯 曲的． 所 也正是 由于地 球大 气折 射率 随 离地 高度 而 变化 ， 在大 气 光
层 中传输 会 因大气折 射率 梯度 而造 成星体 位置 变化 ， 月变形 ， 穹范 围扩大 等现象 ． 日、 天
１ 大气 光 路 方 程
如 图 １ 将大 气看 成 为球 面分 层 ， ， 并将 大 气 分成 许 多 同心球 层 ， 一 每
ｌｉ ０ ｓｎ ｌ一 ２ ｉ ｅ ， ｓ ｎ ２＝ ｎ ｓ ｎ ３ … ， ｓｎ ２ ２ ｉ ０ ３ｉｅ ，
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另外根 据三 角形 的正 弦定律 ， 由图 １ 得 可
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图 １ 大气 光 路 方程 导 出示 意 图
（ ） Ｆ ｇ １ Ｔｈ ｃ ｅ ｆｄ ｄ ｃｉｎ ２ ｉ・ ｅｓ ｈ ｍａｏ ｅ ｕ ｔ ｏ
（１ ．南 开 大 学 信 息 技 术科 学 学 院 ， 津 ３ ０ ７ ； ． 天 ０ ０ １ ２ 电子 科 技 大 学 物 理 电 子 学 院 ，四川 成 都 ６ ０ ５ １０ ４） 摘 要 ：推 导 大气 光 路 方 程 ， 入 物 理 名 词 蒙 气 差 ， 别 计 算 上 行 链 路 及 下 行 链 路 的 偏 转 角 ， 明偏 转 角 存 在 引 分 说 的原 因并 提 出消 除 偏 转 角 的可 行 性 方 法 ： 过 提 高 发 射 角 使 其 光 线 偏 转 后 能 精 确 对 准 ． 通 关 键 词 ： 间光 通 信 ；蒙 气 差 ； 顶 距 空 天
球层具 有 相 同的密度 ， 则进 入大 气 的光线 只有 在 球层 的界 面上 才发 生折
射． 定 、。 。… 分别 代 表各 层 的空 气折 射 率 ， 假 、 、 ０为入 射 角 ， 为 折射 ｅ 角 ， 为各折 射点距 地 心的距 离 ， 在各 同心 球面 的界 面上有 【 ， ． 则 １ ］
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２０ ０ ７年 ８月
（ ３）
２ 折射 球 对 称 大 气 光 线 追 迹
蒙 气差． 由于大气 笼罩 地 球表 面 ， 大气 密度 又 自下 而上减 小 ， 因而 来 自大 气外 的光 线 进入 大 气 的天顶
收稿 日期 ：２ ０ — １Ｏ ０ ６１ 一３
基金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 （ ０ ７０ ９ ６５２７）
ｅ ａ ｉ ｎ ｆ ａ ｍ ｏ ｐｈ ｒ ｑｕ ｔ ｏ ｏ ｔ ｓ ｅ ｅ ｌｇｈ ｔ ｉ ｔ ｐａ ｈ
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图 ２ 大 气 光 线 折射 示 意 图
Ｆｉ Ｔｈｅ ｓ ｈｅ ａ ｏ ｔ ｏ ｐ ｒ ａｙ ｒ ｆ ａ ｔｏ ｇ．２ ｃ ｍ ｆ ａ ｍ ｓ ｈｅ ｅ ｒ ｅ ｒ ｃ ｉ ｎ
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图 ３ 空气 薄 层 折射 规律 （ 一空 ） 地
Ｔｈｅ ｒ ｆ ａ ｔｏｎ ｒ ｇ ａ ｉ ｎ ｆｔ ｅ ｓａｔ ｏ ｐｈｅ ｅ ｅ ｒ ｃ ｉ ｅ ｕｌｔｏ ｏ ｗｏ ｂ ｄ ｍ ｓ ｒ
