[發(fā)明專利]一種基于BP?多項式模型融合的區(qū)域電離層垂直總電子含量建模方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710159971.4
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN107085626A
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡伍生;韓理想;孫博;張良
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/02;G01S19/07
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及全球?qū)Ш较到y(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于BP-多項式模型融合的區(qū)域電離層垂直總電子含量建模方法。

背景技術(shù)

GNSS電離層建模研究和應(yīng)用中，主要分為兩類電離層模型：一類是經(jīng)驗?zāi)Ｐ停℅PS中使用的Klobuchar模型、IRI模型、Bent模型等，經(jīng)驗?zāi)Ｐ捅容^復(fù)雜且修正效果較差，一般不適用于高精度的電離層延遲建模和GNSS定位中；另一類是基于高精度GNSS雙頻觀測數(shù)據(jù)構(gòu)建的擬合電離層模型，根據(jù)建模區(qū)域的不同，一般常用的電離層模型包括下面三種：多項式模型(POLY)、球諧函數(shù)模型(SHF)、三角級數(shù)(TSF)模型。在研究分析多項式模型擬合殘差變化規(guī)律時，發(fā)現(xiàn)多項式模型中存在著模型誤差，因此有必要采取有效的誤差補償方法來降低或消除模型誤差。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決傳統(tǒng)多項式模型中存在的模型誤差問題的方法，以提高區(qū)域電離層垂直總電子含量建模的精度。

技術(shù)方案：為達(dá)到此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的基于BP-多項式模型融合的區(qū)域電離層垂直總電子含量建模方法，包括以下步驟：

S1：獲取區(qū)域觀測點的穿刺點地理經(jīng)緯度信息和電離層垂直總電子含量信息，并通過將已獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲得太陽時角差、地磁緯度和地方時信息；

S2：構(gòu)建多項式模型并對電離層垂直總電子含量信息進(jìn)行建模，獲取多項式模型值和相應(yīng)的模型殘差值；

S3：構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補償模型；

S4：利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補償模型對多項式模型擬合的電離層垂直總電子含量殘差進(jìn)行預(yù)報，從而對多項式模型進(jìn)行補償。

進(jìn)一步，所述步驟S1中，區(qū)域觀測點的穿刺點地理經(jīng)度和緯度信息分別通過式(1)、式(3)得到：

式(1)中，λ_i為區(qū)域觀測點的穿刺點地理經(jīng)度，λ₀為測站接收機(jī)的地理經(jīng)度，Ψ_pp為地心張角，如式(2)所示，A為衛(wèi)星方位角，為區(qū)域觀測點的穿刺點地理緯度；

式(2)中，E為衛(wèi)星高度角，R為地球半徑，H為電離層單層模型的等效高度；

式(3)中，為測站接收機(jī)的地理緯度。

進(jìn)一步，所述步驟S1中，太陽時角差、地磁緯度和地方時分別通過式(4)、(5)和(6)得到：

ΔS＝(λ-λ₀)+(t-t₀)(4)

式(4)中，ΔS為太陽時角差，λ為穿刺點經(jīng)度，λ₀為測站接收機(jī)的地理經(jīng)度，t為觀測時刻點，t₀為建模時間段的中間時刻點；

式(5)中，為地磁緯度，為的地理南極的緯度，為區(qū)域觀測點的穿刺點地理緯度，λ_i為區(qū)域觀測點的穿刺點地理經(jīng)度，λ_S為地理南極S的經(jīng)度；

τ＝UTC+λ/15°(6)

式(6)中，τ為地方時，UTC為協(xié)調(diào)世界時。

進(jìn)一步，所述步驟S2中，多項式模型如式(7)所示：

式(7)中，VTEC為垂直總電子含量，a_i,j和b_0k為多項式模型的待定系數(shù)，i＝0～2，j＝0～2，k＝1～5，ΔS為太陽時角差，為穿刺點距離區(qū)域中心緯度的緯度差，為地磁緯度，τ為地方時。

進(jìn)一步，所述步驟S3中，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補償模型為6×P×1的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中，輸入層的6個參數(shù)分別為：穿刺點處的地理緯度、地理經(jīng)度、地磁緯度、測站處的太陽時角、測站處的地方時和多項式模型計算出的模型值；輸出層為多項式模型值與真值的殘差。

有益效果：本發(fā)明公開了一種基于BP-多項式模型融合的區(qū)域電離層垂直總電子含量建模方法，將多項式模型與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在非線性變化數(shù)據(jù)擬合方面的優(yōu)勢對多項式模型的誤差進(jìn)行補償，能夠解決傳統(tǒng)多項式模型中存在的模型誤差問題，提高區(qū)域電離層垂直總電子含量建模的精度，并且穩(wěn)定性好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實施方式的融合模型構(gòu)建流程圖；

圖2為本發(fā)明具體實施方式的融合模型與傳統(tǒng)的2-DPM模型的建模效果對比圖；

圖3為本發(fā)明具體實施方式的0:00UTC時刻電離層延遲實際空間分布圖；

圖4為本發(fā)明具體實施方式的0:00UTC時刻融合模型的改正偏差的空間分布圖；