[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

技術領域

本發明屬于衛星導航、無線電波傳播以及空間電離層領域，具體涉及一種適合于中國區域的GNSS電離層延遲建模方法。?

背景技術

GNSS(Global?Navigation?Satellite?System)泛指基于空間衛星星座的無線電導航系統，其起源于美國空軍在上世紀50年代末期建立的多普勒衛星導航系統。自美國國防部于1993年12月正式宣布GPS已具備全球工作能力以來，全球已建成或正在建設的GNSS系統包括美國GPS、俄羅斯GLONASS、中國BeiDou以及歐盟的Galileo。GNSS的建設與發展在一定程度上反映了系統擁有國的經濟、軍事和國防等綜合實力。目前，GNSS擁有國正在從提高導航定位精度與提升導航服務水平等方面加緊系統的改進與建設，突出各自的服務特色與優勢。?

GNSS衛星信號經過地球電離層，從衛星傳播至用戶接收終端，用戶可測量獲得終端至各個可視衛星的距離，進而解算得到用戶的位置。在這個過程中，因電離層引起的信號傳播誤差是定位解算中的主要誤差源之一。區域電離層延遲精確建模不僅可滿足GNSS服務范圍內單頻用戶的電離層誤差修正，還可以有效輔助雙頻/多頻用戶精密定位快速收斂。精確可靠的實時電離層時延修正已成為進一步提升GNSS系統應用于服務性能亟待解決的主要技術問題之一。?

常用的區域電離層延遲建模方法通常采用多項式函數、低階球諧函數以及球冠諧函數等進行建模。我國地域遼闊，南北緯度跨越較大，電離層復雜多變，多項式模型難以有效地實現我國區域電離層電子濃度總含量(TEC)的精確描述。球諧函數已被廣泛應用于全球電離層TEC建模，并表現出顯著的優勢，但是，?球諧函數的數學特征要求其所描述的變量必須在整個球面上展開。然而，對于區域范圍內的電離層TEC，其交叉點分布通常難以滿足上述要求，從而使得球諧函數系數解算過程中法矩陣出現病態。球冠諧函數是由球諧函數演變而來的，可用于描述區域電離層TEC的變化。但是，為了滿足球諧函數的正交性，球冠諧函數的階次必須調整為非整數，非整數階次顯著增加了球冠諧函數計算的復雜程度。?

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種適合于中國區域的GNSS電離層延遲精確建模方法，通過旋轉投影變換合理地解決了球諧函數應用于區域電離層TEC建模時存在的病態問題，有效利用了球諧函數優良的數學特性，提高了區域GNSS電離層延遲建模的整體精度與可靠性。?

本發明的一種適合于中國區域的GNSS電離層延遲精確建模方法，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)；?