[發(fā)明專利]一種適用于區(qū)域電離層TEC的精確建模方法

有效

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• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110146904B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設計）人: 黃智;馬勇;孟躍紅;唐絲語
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37;G01S19/07
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 周敏

本發(fā)明公開的一種適用于區(qū)域電離層TEC的精確建模方法，涉及定位系統(tǒng)技術領域。該方法首先獲取原始斜向電離層時延TEC，然后利用傾斜因子，將斜向TEC轉(zhuǎn)換為垂直TEC，根據(jù)觀測樣本的經(jīng)度、緯度和相應的垂直TEC，建立以多元二次函數(shù)為基函數(shù)的徑向基函數(shù)，并由連續(xù)徑向基函數(shù)，構建線性矩陣方程，解算最優(yōu)系數(shù)，并利用最優(yōu)系數(shù)重構線性矩陣方程組，獲取精確的各網(wǎng)格格點或某一給定位置的電離層時延預測值。本發(fā)明公開的精確建模方法，不僅能夠為電離層形態(tài)學的理論研究提供數(shù)據(jù)支撐，同時為廣大GNSS單頻用戶提供準確的電離層折射修正值，解決由于數(shù)據(jù)缺失而引起的導航定位精度下降的問題，進一步提升以無線電為傳播信標的空間應用系統(tǒng)的服務性能。

技術領域

本發(fā)明涉及定位系統(tǒng)技術領域，具體涉及一種適用于區(qū)域電離層TEC的精確建模方法。

背景技術

電離層上接外層大氣，下連中層大氣，是日地空間環(huán)境中承上啟下的重要環(huán)節(jié)和關鍵層次。電離層含有大量的自由電子和離子，能使穿越其中的電磁波改變傳播速度，發(fā)生反射或折射，從而會對以無線電為傳播信標的各類空間系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。因此，如何有效消除電離層附加時延，提升廣大單頻GNSS接收機用戶的服務性能，是國內(nèi)外學者研究的熱點問題。

全球定位系統(tǒng)(GPS)自投入使用以來，由于其覆蓋廣、成本低的特點，迅速成為電離層物理等相關空間科學領域的有力觀測手段。近年來，各國為了擺脫軍事和民用方面對美國GPS系統(tǒng)的過度依賴，紛紛建立自主的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。俄羅斯格洛納斯(Glonass)的復蘇、歐洲伽利略(Galieo)系統(tǒng)以及中國的北斗二代(Compass)等全球衛(wèi)星系統(tǒng)GNSS的構建和運行極大增加了衛(wèi)星的數(shù)量，因此基于GNSS TEC的電離層模式研究得到了迅速地發(fā)展。為了進一步改善GNSS導航性能，通過地面監(jiān)測系統(tǒng)和一定形式的數(shù)據(jù)鏈對GNSS進行增強是十分必要的。

衛(wèi)星增強系統(tǒng)中，消除電離層附加時延通常采用的方法是建立電離層網(wǎng)格模型，即將電離層等效為距離地面350km高度的薄層，同時沿經(jīng)線和緯線按5°×5°的間隔劃分一定數(shù)量的網(wǎng)格，通過采集GNSS偽距和載波相位數(shù)據(jù)，采用電離層經(jīng)驗模型為名義(傳輸)模型、距離加權等方法獲取每一網(wǎng)格格點的電離層垂直時延。用戶則同樣采用距離加權算法內(nèi)插周圍4個網(wǎng)格格點的電離層時延計算自己所在位置的垂直延遲。通過建立電離層網(wǎng)格模型，距離加權等算法，旨在為服務區(qū)內(nèi)廣大單頻接收機用戶提供了高精度的導航定位服務。

與地處中高緯的北美地區(qū)不同，中國大部分地區(qū)位于中低緯區(qū)域，電離層的形態(tài)變化較為復雜，特別是南部上空的電離層位于赤道異常區(qū)的北駝峰附近，由電離層引起的無線電傳輸時延不僅高出其它地區(qū)同類信號的若干倍，且隨時間變化快，空間經(jīng)向方向有很強的水平梯度。因此，上述單純以距離因素為核心，電離層模型輸出為趨勢的預報方法在中國南部區(qū)域得到的電離層時延TEC的精度相對不高。特別是觀測樣本數(shù)據(jù)較少的條件下，甚至導致部分網(wǎng)格格點無值，系統(tǒng)可用性大大降低。

因此，鑒于以上問題，有必要提出一種區(qū)域電離層TEC精確建模的方法，以解決由于復雜電離層形態(tài)以及樣本數(shù)據(jù)不足而引起的導航定位精度下降的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明公開一種適用于區(qū)域電離層TEC的精確建模方法，不僅能夠為電離層形態(tài)學的理論研究提供數(shù)據(jù)支撐，同時為廣大單頻GNSS用戶解決了由于數(shù)據(jù)缺失而引起的導航定位精度下降的問題。

根據(jù)本發(fā)明的目的提出的一種適用于區(qū)域電離層TEC的精確建模方法，包括以下步驟：

步驟一：將距離地面60～1000km的電離層假設為地球上空350km處的薄層球殼模型，根據(jù)中國區(qū)域位置，取經(jīng)度范圍80°E～125°E、緯度范圍15°N～40°N，沿經(jīng)度和緯度方向按5°×5°的間隔將電離層薄層劃分為若干網(wǎng)格格點。

步驟二：利用全球衛(wèi)星系統(tǒng)GNSS提供的雙頻觀測數(shù)據(jù)，依據(jù)碼和載波相位測量原理獲取相對TEC和絕對TEC。

步驟三：采用差分和平滑技術獲得接收機-衛(wèi)星傳播路徑上的原始斜向電離層時延TEC參數(shù)。