[發明專利]一種探測電離層電子密度總數的方法及裝置

有效

• 申請號: 201710449241.8
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107132423B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 周晨;趙家奇;趙正予
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01R29/00
• 分類號: G01R29/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 蔡瑞

1.一種探測電離層電子密度總數的方法，其特征在于，

數據處理方法步驟，包括：

步驟S1，獲取設定時間段內的兩臺雙頻GPS接收機記錄的數據，分別計算斜向絕對電子密度總數、斜向相對電子密度總數以及對應時間、GPS衛星位置；

步驟S2，對斜向絕對電子密度總數和斜向相對電子密度總數進行相位平滑偽距處理得到包含GPS衛星及雙頻GPS接收機硬件延遲的斜向電子密度總數K1，再將得到的所述斜向電子密度總數K1以及對應時間、GPS衛星位置輸入多項式模型，計算兩臺雙頻GPS接收機和GPS衛星硬件延遲；

步驟S3，計算去除兩臺雙頻GPS接收機和GPS衛星硬件延遲后的斜向電子密度總數K2，并將得到的兩臺雙頻GPS接收機同一時刻的斜向電子密度總數K2取均值，再通過投影函數轉化為垂直電子密度總數。

2.根據權利要求1所述的一種探測電離層電子密度總數的方法，其特征在于，在步驟S1之前還包括步驟S0，設備搭建及數據記錄，具體為：

在待測區域內架設兩部雙頻GPS接收機天線，并通過同軸電纜分別與對應的雙頻GPS接收機連接，兩臺雙頻GPS接收機經通訊電纜與同一計算機相連接，通過計算機控制兩臺雙頻GPS接收機記錄數據，并保存在計算機中。

3.根據權利要求1所述的一種探測電離層電子密度總數的方法，其特征在于，所述步驟S1，具體為：

獲取設定時間段內的兩臺雙頻GPS接收機記錄的數據，利用數據中兩個頻率的偽距、相位數據分別計算兩臺雙頻GPS接收機對應的斜向絕對電子密度總數以及斜向相對電子密度總數。

4.根據權利要求3所述的一種探測電離層電子密度總數的方法，其特征在于，所述步驟S2，具體為：步

驟a，對斜向絕對電子密度總數和斜向相對電子密度總數進行相位平滑偽距處理得到包含GPS衛星及雙頻GPS接收機硬件延遲的斜向電子密度總數K1；

步驟b，利用步驟S1中記錄數據中的GPS衛星星歷數據計算獲取的包含GPS衛星及雙頻GPS接收機硬件延遲的斜向電子密度總數K1對應時刻的GPS衛星位置，獲取兩臺雙頻GPS接收機位置，由GPS衛星以及雙頻GPS接收機位置計算GPS衛星對應兩臺雙頻GPS接收機的方位角以及仰角，繼而得到兩臺雙頻GPS接收機對應GPS衛星信號穿過電離層薄層處的穿刺點位置以及天頂角大小；

步驟c，將步驟a中獲取的包含GPS衛星及雙頻GPS接收機硬件延遲的斜向電子密度總數K1和步驟b中得到的對應時間下的穿刺點位置以及天頂角大小，輸入多項式模型統一計算兩臺雙頻GPS接收機和GPS衛星硬件延遲。

5.根據權利要求4所述的一種探測電離層電子密度總數的方法，其特征在于，所述步驟S3，具體為：

步驟a，分別計算兩臺雙頻GPS接收機對應的去除雙頻GPS接收機和GPS衛星硬件延遲后的斜向電子密度總數K2，其中，多項式模型利用穿刺點太陽時角以及緯度來擬合垂直電子密度總數，再通過投影函數將垂直電子密度總數轉換為斜向電子密度總數，加上雙頻GPS接收機和GPS衛星硬件延遲后等于獲取的包含GPS衛星及雙頻GPS接收機硬件延遲的斜向電子密度總數K2，以此建立方程組，利用最小二乘法計算雙頻GPS接收機和GPS衛星硬件延遲以及模型系數，對于一天數據，每3h建立一個4×5階的多項式模型，其中太陽時角由經度和時間計算得到；

步驟b，將得到的兩臺雙頻GPS接收機去除了雙頻GPS接收機和GPS衛星硬件延遲后的斜向電子密度總數K2在時間上一一對應，并取均值，通過投影函數將均值換算成垂直電子密度總數。

6.根據權利要求2所述的一種探測電離層電子密度總數的方法，其特征在于，所述步驟S0中，通過計算機控制兩臺雙頻GPS接收機記錄的數據，包括：GPS衛星星歷數據、時間、雙頻GPS接收機天線位置、GPS衛星P1碼相位和偽距以及信噪比、P2碼相位和偽距以及信噪比。

7.根據權利要求2所述的一種探測電離層電子密度總數的方法，其特征在于，兩部所述雙頻GPS接收機天線相距10m。

8.一種采用權利要求1-7任一項所述的探測電離層電子密度總數的方法的裝置，其特征在于，包括兩部用于接收GPS衛星信號的雙頻GPS接收機天線、通過同軸電纜分別與兩部雙頻GPS接收機天線連接的兩臺雙頻GPS接收機、通過通訊電纜分別與兩臺雙頻GPS接收機連接的計算機。