[發明專利]衛星導航電離層延遲的預測方法及裝置

有效

• 申請號: 201110400437.0
• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN102520417A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 李銳;白羽;覃貝貝
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/07
• 分類號: G01S19/07
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 劉芳

技術領域

本發明涉及一種衛星導航電離層延遲的預測方法及裝置，屬于衛星導航技術領域。

背景技術

衛星導航系統是一種利用衛星實現高精度導航和定位的技術。現有衛星導航系統例如有美國的全球定位系統(Global?Positioning?System，簡稱：GPS)和我國正在研發的北斗衛星導航系統等。在實際應用中，電離層延遲誤差是影響衛星導航系統測距定位精度的主要誤差源。為了提高定位精度，就要對電離層延遲誤差進行預測。

電離層是距離地球表面50～1000km的高空中包含自由電子和離子的氣態電離區域。衛星定位信號在電離層中的延遲取決于傳播過程中的自由電子總量(Total?Electron?Content，簡稱：TEC)，TEC被定義為底面積為一平方米且貫穿整個電離層的柱體中的自由電子數，其中，n_e(l)表示隨導航信號傳播路徑變化的電子密度，積分沿衛星到接收機的信號傳播路徑進行。通常用垂直方向上的自由電子總量(Vertical?TEC，簡稱：VTEC)來表示電離層狀態，此時信號路徑是沿著垂直(天頂)方向傳播的，在這種情況下通過電離層的導航信號路徑最短，總電子含量也最少。通常以10¹⁶e/m²為TEC的一個單位(TECU)來衡量總自由電子含量，即1TECU＝10¹⁶個電子/平方米。

電離層的VTEC受太陽活動等各種復雜因素的影響而不斷發生變化，在一個給定的位置和時間，VTEC可能會比當月平均值變化20％～25％。對衛星導航測量而言，由VTEC的變化而導致的電離層延遲在天頂方向可達50米，在接近地平方向時(高度角為20°)可超過100米，在最惡劣的條件下可能會達到150米的測距誤差，因而必須通過預測而加以修正，否則會嚴重影響定位測量精度。

現有對電離層延遲的預測方法有如下幾種：

1、模型校正法

在1987年提出了適用于單頻接收機的Klobuchar模型，該模型代表了電離層的周日平均特性，模型中的參數由衛星廣播報文提供。作為標準衛星導航服務中使用的模型，被廣泛應用于建立廣域差分實時模型和廣播星歷用的預報模型。

但該方法的缺陷在于：Klobuchar模型僅能修正電離層影響的50％～60％，在中緯度地區電離層狀態平穩時能夠得到比較好的修正效果，相反，當存在嚴重的電離層擾動時，尤其是在高緯度和低緯度赤道地區，處理效果不佳。

2、電離層風暴分析法

這種方法是通過分析電離層風暴來對電離層造成的誤差進行預測校正。該方法的初衷是為了分析電離層處于11年太陽活動周期的峰值時出現的異常狀態，以及這種異常給局域增強系統(Local?Area?AugmentationSystem，簡稱：LAAS)帶來的威脅，這種方法認為在40km范圍內電離層的異常行為，即電離層風暴，可以用線性模型表示。這個線性模型是一個線性半開放的梯形前端，而且相對于地面以固定的速度在移動。

但該方法的缺陷在于：對電離層延遲的預測效果不佳，且運算過程復雜，不易實現。

3、網格內插校正法

這種方法是應用于廣域增強系統(Wide?Area?Augmentation?System，簡稱：WAAS)中的電離層校正算法。它預先定義了按照經緯度值劃分的網格點，并在衛星廣播電文中提供網格點的垂直電離層延遲值。每個用戶接收機計算每個導航信號和電離層交叉點的經緯度，通過把距離交叉點最近的三或四個網格點的值進行內插，得到每顆可見衛星在交叉點上的垂直電離層延遲。

但該方法的缺陷在于：電離層平靜期低緯度地區和磁暴期間的改正精度明顯降低，網格點內插算法多樣，且運算過程復雜，不易實現。

發明內容

本發明提供一種衛星導航電離層延遲的預測方法及裝置，用以提高衛星導航的定位精度。

本發明一方面提供一種衛星導航電離層延遲的預測方法，其中包括：

獲取全球網格點電離層的VTEC原始觀測數據；

根據所述VTEC原始觀測數據計算各個網格點相對于導航信號的電離層延遲；

利用前一時刻計算出的所述電離層延遲預測后一時刻的垂直電離層延遲。

本發明另一方面提供一種衛星導航電離層延遲的預測裝置，其中包括：

獲取模塊，用于獲取全球網格點電離層的VTEC原始觀測數據；

計算模塊，用于根據獲取模塊獲取的所述VTEC原始觀測數據計算各個網格點相對于導航信號的電離層延遲；