[發(fā)明專(zhuān)利]基于背景模型和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的電離層延遲誤差修正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711180340.7
• 申請(qǐng)日: 2017-11-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108169776B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李文;袁洪;歐陽(yáng)光洲;李子申;曲江華;唐陽(yáng)陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院光電研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G01S19/37
• 分類(lèi)號(hào): G01S19/37
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 11120
• 代理人: 李?lèi)?ài)英;郭德忠

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于背景模型和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的電離層延遲誤差修正方法，能夠有效消除地基GNSS基準(zhǔn)站分布情況和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)修正精度的影響，提高電離層延遲誤差修正精度。本發(fā)明所述方法通過(guò)比例因子綜合利用了電離層背景模型和GNSS實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，用戶(hù)端借助STEC比例因子格網(wǎng)點(diǎn)圖對(duì)電離層斜向總電子含量進(jìn)行估計(jì)，兼顧了在不同時(shí)間尺度和空間范圍內(nèi)的電離層綜合修正效果，有效消除地基GNSS基準(zhǔn)站分布情況和數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)電離層模型修正精度的影響；對(duì)電離層斜向總電子含量進(jìn)行直接建模，突破了傳統(tǒng)電離層GNSS實(shí)測(cè)模型在電離層總電子含量建模過(guò)程中的多次STEC/VTEC互相轉(zhuǎn)換模式和由此帶來(lái)的精度損失，提高了電離層延遲誤差修正精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間電離層延遲誤差修正技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于背景模型和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的電離層延遲誤差修正方法。

背景技術(shù)

GNSS(Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))所播發(fā)的無(wú)線電信號(hào)在從衛(wèi)星端到達(dá)用戶(hù)端的空間段傳播過(guò)程中，會(huì)受到一系列誤差源的影響，其中電離層延遲誤差是不容忽視的重要誤差源之一。在天頂方向上，由于電離層延遲所造成的測(cè)距誤差可達(dá)幾十米。由此不難看出，電離層延遲誤差的修正效果將直接影響GNSS系統(tǒng)導(dǎo)航、定位、授時(shí)服務(wù)的可用性、精度及完好性等核心性能指標(biāo)。根據(jù)對(duì)電離層物理結(jié)構(gòu)和活動(dòng)機(jī)理的研究可知，由于電離層內(nèi)部大量自由電子的色散作用，電磁波信號(hào)在穿過(guò)電離層時(shí)傳播速度會(huì)發(fā)生變化，傳播路徑也會(huì)發(fā)生彎曲，從而產(chǎn)生延遲誤差。電離層延遲誤差主要取決于電離層中信號(hào)傳播路徑上的電子密度和電磁波的信號(hào)頻率。

以GPS系統(tǒng)為例，在忽略電離層延遲誤差高階項(xiàng)影響的情況下，由電離層延遲帶來(lái)的測(cè)距誤差可以直接通過(guò)式(1)，根據(jù)信號(hào)頻率和傳播路徑上的總電子含量(TotalElectron Content，TEC)計(jì)算得到：

其中，(V_ion)_G為偽距觀測(cè)值對(duì)應(yīng)的電離層延遲測(cè)距誤差，單位為米；而(V_ion)_P為載波相位觀測(cè)值對(duì)應(yīng)的電離層延遲測(cè)距誤差，單位為米；f為相應(yīng)的的信號(hào)頻率，單位為赫茲。可見(jiàn)，確定GNSS電離層延遲誤差的關(guān)鍵就是確定用戶(hù)至衛(wèi)星間信號(hào)傳播路徑上的總電子含量。對(duì)同一電離層而言，從某一測(cè)站至各衛(wèi)星方向上的TEC值是不同的。一般來(lái)說(shuō)，隨著衛(wèi)星高度角的降低，GNSS信號(hào)在電離層中的傳播路徑越長(zhǎng)，TEC的值就越大。在該站所有的TEC值中有一個(gè)最小值，即天頂方向總電子含量(Vertical Total Electron Content，VTEC)，天頂方向高度角為90度。VTEC與高程和衛(wèi)星高度角均脫離了關(guān)系，因而被廣泛用于反映測(cè)站上空電離層的總體特征。然而在實(shí)際觀測(cè)中，衛(wèi)星恰好位于測(cè)站天頂方向的情況較為少見(jiàn)，在大多數(shù)情況下，衛(wèi)星和測(cè)站之間的視線連線均為斜向，故衛(wèi)星與測(cè)站之間信號(hào)傳播路徑上的總電子含量一般均用斜向總電子含量(Slant Total Electron Content,STEC)來(lái)表示。

在相對(duì)定位、雙頻及多頻修正、以及模型修正等一系列GNSS電離層延遲的常用修正方法中。其中，利用GNSS電離層延遲模型修正是非常重要的一類(lèi)電離層誤差消除及削弱方法，利用高精度的電離層延遲修正模型，不僅可以為單頻用戶(hù)提供實(shí)時(shí)電離層修正信息以提高其GNSS導(dǎo)航定位授時(shí)服務(wù)性能，還可有效輔助雙頻/多頻用戶(hù)實(shí)現(xiàn)快速精密定位，同時(shí)也能夠保證衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的完好性監(jiān)測(cè)。

在利用GNSS電離層延遲修正模型的修正方法中，通過(guò)建立電離層TEC隨時(shí)間、空間、高度等因素分布和變化規(guī)律的模型，用戶(hù)可以直接計(jì)算得到觀測(cè)歷元所對(duì)應(yīng)的電離層總電子含量的模型估計(jì)值和相應(yīng)的電離層延遲誤差，從而對(duì)GNSS實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行電離層延遲誤差修正。