[發明專利]一種適合于中國區域的GNSS電離層延遲精確建模方法

有效

• 申請號: 201410231930.8
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN104101888A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 李子申;袁洪;徐穎;周凱;魏東巖
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: G01S19/40
• 分類號: G01S19/40
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;仇蕾安

1.一種適合于中國區域的GNSS電離層延遲精確建模方法，其特征在于，采用球諧函數建立適合于中國區域的GNSS電離層延遲模型，其中，獲得球諧函數電離層電子濃度總含量模型系數的方法包括：

步驟1、根據GNSS基準站的原始觀測數據包括的偽距觀測量和載波相位觀測量，計算GNSS基準站在衛星視線方向上的電離層電子濃度總含量的信息；

步驟2、將步驟1中解算得到的衛星視線方向的電離層電子濃度總含量信息轉化為垂直方向的電子濃度總含量信息VTEC，即：

令STEC表示步驟1中得到的衛星視線方向的電離層電子濃度總含量，則垂直方向的電子濃度總含量VTEC通過STEC＝VTEC·SF得到；

其中，為傾斜因子，E_i是衛星在電離層交叉點處的仰角；E₀是衛星在接收機位置處的仰角；r_e是地球的半徑；h_m是電離層薄層的高度，取值為425.0公里；所述交叉點是指信號傳播路徑與所假設的電離層薄層的交點；

步驟3、以建模區域的中心為極點，通過極點和地理南極點的經線為起始經線，建立球冠坐標系，計算交叉點經緯度在球冠坐標系下的經緯度，具體為：

令表示所述交叉點的地理經緯度坐標,表示球冠坐標系極點的地理經緯度坐標，則所述交叉點在球冠坐標系下的經緯度坐標為：

步驟4，將步驟3得到的所述交叉點緯度坐標轉換為球冠坐標系下的余緯θ_c：

其中，所述余緯θ_c在球冠坐標系下的取值范圍為[0,θ_max]，θ_max為球冠的半角；

步驟5，根據步驟3得到的交叉點在球冠坐標系下的經緯度以及步驟4得到的交叉點在球冠坐標系下的余緯，將交叉點在球冠坐標系下的經緯度變化范圍旋轉投影變換至全球坐標系下的變化范圍，即：

其中，表示經過旋轉投影變換之后的交叉點經緯度，經度的取值范圍[-π,π)，緯度的取值范圍為[-π/2,π/2)；

步驟6，將經過旋轉投影變換之后的交叉點經緯度作為球諧函數的輸入變量，解算球諧函數電離層電子濃度總含量的模型系數，具體為：

將步驟5得到的經過旋轉投影變換之后的交叉點經緯度與λ′分別代替下式中的與λ，解算球諧函數電離層電子濃度總含量模型系數與

其中，表示步驟2中得到的電離層交叉點處的電離層垂直方向的電子濃度總含量；n_dmax表示球諧函數的最大度數；表示n度m階的歸化勒讓德函數；n和m取值根據用戶要求的簡單程度及精度進行選擇；表示經典拉格朗日函數；MC(n,m)=(n-m)!(2n+1)(2-δ0m)/(n+m)!]]>表示歸化函數，其中，δ_0m為Kronecker型δ函數；

根據上述解算得到的球諧函數電離層電子濃度總含量模型系數與建立電離層電子濃度總含量數學函數模型，即建立適合于中國區域的電離層延遲精確模型。

2.如權利要求1所述的一種適合于中國區域的GNSS電離層延遲精確建模方法，其特征在于，所述步驟1具體包括如下方法：

步驟11，采集GNSS基準站的原始觀測數據，該原始觀測數據包括偽距觀測量、載波相位觀測量以及導航衛星星歷；

步驟12，根據所述載波相位觀測量或偽距觀測量計算衛星視線方向的電離層TEC信息；

忽略衛星和接收機硬件延遲參數，三頻GNSS偽距觀測量方程如式(1)所示：

P1=ρ+α1IP2=ρ+α2IP3=ρ+α3I---(1)]]>

其中，P₁、P₂和P₃分別代表三個頻率上修正了硬件延遲之后的偽距觀測量，ρ表示衛星與接收機間的幾何距離及與頻率無關的誤差項，I表示衛星視線方向上的電離層總電子含量；α₁、α₂和α₃分別表示電離層電子濃度總含量與三個頻率上距離延遲量之間的轉換關系，為一與頻率相關的常數；

將ρ與電離層總電子含量I分別看作未知量，則將方程(1)寫成矩陣的形式：

L＝BX?Q???????????(2)

其中，L＝[P₁,P₂,P₃]^T，B=1α11α11α1,]]>X＝[ρ,I]^T，Q=σ112000α222000α332,]]>σ₁₁、σ₂₂和σ₃₃分別表示三個偽距觀測量的誤差，按照最小二乘的原理，解算得到位置參數X的估值：

X^=ρ^I^=(BTQB)-1BTQL---(3)]]>

根據式(3)解算得到衛星視線方向上的電離層電子濃度總含量I。