[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

本發明涉及一種探測電離層電子密度總數的方法及裝置。在待測區域架設兩部雙頻GPS接收機天線相距10m左右，接受GPS衛星信號，并將GPS衛星信號經同軸電纜傳入兩臺雙頻GPS接收機，雙頻GPS接收機處理衛星信號，將得到的數據通過通訊電纜保存至計算機，取一天數據，利用軟件程序對數據進行處理。建立多項式模型計算雙頻GPS接收機和衛星硬件延遲，得到去除雙頻GPS接收機和衛星硬件延遲后的斜向電子密度總數，將兩站雙頻GPS接收機斜向電子密度總數綜合，通過投影函數，即可將其轉換為垂直電子密度總數。本發明采用10m級短基線基于地基GPS雙站布站方式探測電離層電子密度總數，精度高，數據存儲、管理以及設備維護方便。

技術領域

本發明涉及電離層電子探測技術領域，尤其涉及一種探測電離層電子密度總數的方法及裝置。

背景技術

電離層電子密度總數的探測按原理方法可分為信標法以及法拉第旋轉法，目前一般采用信標法。電離層中存在大量電子，信標法利用電子密度對電磁波傳播速度的影響，對雙頻信號進行差分得到電子密度總數；法拉第旋轉法則利用電子密度對電磁波偏振的影響來探測電子密度總數。兩種方法對應的電磁波頻率不一樣，一般大于100MHz的電磁波頻率就可以采用信標法，法拉第旋轉法則對應甚高頻信號，但信標法需要兩個頻率信號，且兩個信號路徑一致。導航衛星的信號正好滿足信標法的要求，使得信標法探測電子密度總數成本更低，衛星信號也更多，獲得的電子密度總數數據的空間密度也更大。電離層電子密度總數的探測根據搭載方式可以分為地基、星載，地基指接收機在地面，能全天探測接收機上空區域電離層電子密度總數，設備方便維護；星載指接收機搭載在衛星上，探測范圍由搭載接收機的衛星軌道決定，且探測區域隨衛星運動而不斷變化。

目前探測電子密度總數按站點數可分為單站和多站。單站表示利用一臺接收機進行電子密度總數探測，多站表示多臺接收機。兩種方式都面臨一些問題。單站精度不高，而多站存在多個站點管理困難以及數據遠程傳輸的問題，在很多應用場景下，兩種方式均難以滿足需求。

發明內容

本發明主要是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種采用信標法基于GPS導航衛星，成本更低，數據空間密度也更大的一種探測電離層電子密度總數的方法及其裝置。

本發明主要是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種地基的接收機搭載方式，方便設備維護，可全天有效探測待測區域，可廣泛應用于區域電離層監測的一種探測電離層電子密度總數的方法及其裝置。

本發明還有一目的是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種采用10m級短基線的雙站布局，可克服遠距離多站數據傳輸、設備維護困難以及單站精度不夠等缺點，方便管理，可廣泛應用于區域電離層折射修正的一種探測電離層電子密度總數的方法及其裝置。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

一種探測電離層電子密度總數的方法，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。

其中，在步驟S1之前還包括步驟S0，設備搭建及數據記錄，具體為：