[發(fā)明專利]一種實時計算電離層相位閃爍指數(shù)計算方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911155320.3
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110824520B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田羽森;王先毅;孫越強;杜起飛;劉黎軍;王冬偉;李偉;白偉華;蔡躍榮;柳聰亮;孟祥廣;吳春俊;劉成;夏俊明;趙丹陽;喬顥;李福;胡鵬;程雙雙;尹聰;曹光偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G01S19/43
• 分類號: G01S19/43;G01S19/07
• 代理公司: 北京方安思達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;李彪

1.一種實時計算電離層相位閃爍指數(shù)計算方法，所述方法包括：

從接收機中獲取載波相位的測量值，計算信號的多普勒頻率測量值；

基于信號的多普勒頻率測量值，得到去除衛(wèi)星和接收機相對運動產(chǎn)生的相位變化的載波相位；

用六階Butterworth高通濾波器對載波相位進行濾波，去除衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差、對流層誤差、以及擬合的殘差；得到濾波后的載波相位；

基于濾波后的載波相位，結(jié)合熱噪聲修正值，計算電離層相位閃爍指數(shù)；

所述基于信號的多普勒頻率測量值，得到去除衛(wèi)星和接收機相對運動產(chǎn)生的相位變化的載波相位；具體包括：

根據(jù)多普勒頻率記錄的時間和多普勒頻率計算多項式擬合的觀測量；

利用最小二乘法求出多項式的系數(shù)；

根據(jù)當前時間計算出擬合的載波多普勒大?。?/p>

將擬合的載波多普勒和測量的載波多普勒相減得到了去除運動趨勢的載波頻率值；

對去除運動趨勢的載波頻率值進行積分得到載波相位；

所述根據(jù)多普勒頻率記錄的時間和多普勒頻率計算多項式擬合的觀測量；具體包括：

建立多普勒頻率記錄的時間和多普勒頻率之間的關(guān)系式：

T(N)P(N)＝C(N)

其中，T(N)是以時間的冪次作為變量的時間矩陣；P(N)是多項式的系數(shù)；C(N)是載波多普勒向量；N表示用來進行擬合的數(shù)據(jù)的個數(shù)；

時間矩陣T(N)為：

其中，t(i)表示第i個采樣點對應(yīng)的時間，1≤i≤N；

載波多普勒向量C(N)為：

其中，carph(i)表示第i個采樣點對應(yīng)的載波相位多普勒；

多項式系數(shù)向量P(N)為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用最小二乘法求出多項式的系數(shù)；具體包括：

對曲線方程進行正規(guī)化，即T(N)P(N)＝C(N)的兩側(cè)乘上T(N)的轉(zhuǎn)置T(N)^T，得到：

U(N)P(N)＝D(N)

其中U(N)為：

U(N)＝T(N)^TT(N)

其中D(N)為：

D(N)＝T(N)^TC(N)

U(n)到U(n+1)的增量ΔU(n+1)為：

其中，1≤n≤N-1；

所以U(n)的遞推公式為：

U(n+1)＝U(n)+ΔU(n+1)

利用該遞推公式和初始值U(1)計算得到U(N)；

D(n)到D(n+1)的增量為：

所以D(N)的遞推公式為：

D(N+1)＝D(N)+ΔD(N+1)

利用該遞推公式和初始值D(1)計算得到D(N)；

基于U(N)P(N)＝D(N)，利用最小二乘法求出P(N)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)當前時間計算出擬合的載波多普勒大小；具體為：

擬合的載波多普勒大小為：

其中，t為當前時間。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，基于濾波后的載波相位，結(jié)合熱噪聲修正值，計算電離層相位閃爍指數(shù)，具體包括：

熱噪聲引起的相位σ_pll為：

其中，B_n是接收機的環(huán)路帶寬，C/N₀表示載噪比，T是環(huán)路積分時間；

經(jīng)過熱噪聲誤差修正的電離層相位閃爍指數(shù)為：

其中，為濾波后的載波相位。

5.一種實時計算電離層相位閃爍指數(shù)計算系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

多普勒頻率測量值計算模塊，用于從接收機中獲取載波相位的測量值，計算信號的多普勒頻率測量值；

載波相位修正模塊，用于基于信號的多普勒頻率測量值，得到去除衛(wèi)星和接收機相對運動產(chǎn)生的相位變化的載波相位；

載波相位濾波模塊，用于使用六階Butterworth高通濾波器對載波相位進行濾波，去除衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差、對流層誤差、以及擬合的殘差；得到濾波后的載波相位；

電離層相位閃爍指數(shù)計算模塊，用于基于濾波后的載波相位，結(jié)合熱噪聲修正值，計算電離層相位閃爍指數(shù)；

所述載波相位修正模塊的具體處理包括：

根據(jù)多普勒頻率記錄的時間和多普勒頻率計算多項式擬合的觀測量；

利用最小二乘法求出多項式的系數(shù)；

根據(jù)當前時間計算出擬合的載波多普勒大?。?/p>

將擬合的載波多普勒和測量的載波多普勒相減得到了去除運動趨勢的載波頻率值；

對去除運動趨勢的載波頻率值進行積分得到載波相位；

所述根據(jù)多普勒頻率記錄的時間和多普勒頻率計算多項式擬合的觀測量；具體包括：

建立多普勒頻率記錄的時間和多普勒頻率之間的關(guān)系式：

T(N)P(N)＝C(N)

其中，T(N)是以時間的冪次作為變量的時間矩陣；P(N)是多項式的系數(shù)；C(N)是載波多普勒向量；N表示用來進行擬合的數(shù)據(jù)的個數(shù)；

時間矩陣T(N)為：

其中，t(i)表示第i個采樣點對應(yīng)的時間，1≤i≤N；

載波多普勒向量C(N)為：

其中，carph(i)表示第i個采樣點對應(yīng)的載波相位多普勒；

多項式系數(shù)向量P(N)為：