[發明專利]一種基于GNSS的北極區域電離層相位閃爍因子構建方法

有效

• 申請號: 202010854723.3
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN111983654B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 趙東升;李旺;李宸棟;唐旭;張克非;克雷格·漢考克
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37;G01S19/07
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

一種基于GNSS的北極區域電離層相位閃爍因子構建方法，用于北極區域天文災害監測使用。首先選取位于北極區域的原始GNSS相位觀測值，通過模型的方法改正其中的衛星鐘、接收機相位中心、相對論、相位纏繞、對流層延遲和固體潮誤差，利用精密單點定位方法進一步消除接收機鐘差和未能用模型改正的對流層濕延遲，利用離散小波變換技術降低信號的噪聲，降低噪聲對電離層閃爍信號的提取；利用連續小波變換技術對上述信號進行時頻分析，提取經驗信號頻帶范圍，并提取出電離層閃爍信號；設定平移窗口，對窗口內的電離層閃爍信號取標準差，完成電離層相位閃爍因子構建。其步驟簡單，檢測成本低，具有廣泛的實用性。

技術領域

本發明涉及一種電離層閃爍因子構建方法，尤其適用于一種基于GNSS的北極區域電離層相位閃爍因子構建方法，用于北極區域低電離層閃爍天文災害的監測、建模及預報。

技術背景

電離層閃爍是北極區域頻發的一種天文災害，是近年來空間科學面臨的一大難題，給GNSS系統位置、導航與時間(PNT)服務的穩定性帶來巨大挑戰，例如2003年的萬圣節電離層閃爍事件造成GNSS導航衛星中斷服務，嚴重干擾了電力、銀行系統以及北極航線的航行安全，造成經濟損失。由此可見，電離層閃爍災害對人類社會可持續發展構成了重大威脅，科學認識電離層閃爍發生規律，監測及預報電離層閃爍天文災害對于防災減災具有重大現實意義。

電離層閃爍會對GNSS信號帶來振幅或者相位的劇烈波動。電離層閃爍因子是對該影響的定量表征，可以反映出電離層閃爍的強弱，是實現電離層閃爍的監測、建模及預報的基礎數據，也是實時修正電離層閃爍造成的定位誤差的重要參數。為了測量電離層閃爍對GNSS信號的影響，通常需要電離層閃爍監測接收機(Ionospheric ScintillationMonitoring Receivers(ISMR))，其可以直接給出兩類閃爍因子：振幅閃爍因子和相位閃爍因子。ISMR通常運行在50Hz的采樣頻率，導致其需要較大的存儲空間，且價格較貴，進而限制了ISMR的布站數量。當前布設ISMR的電離層閃爍監測網絡主要有歐洲航天局的Monitor項目、巴西的CIGALA/CALIBRA、ICEA和LISN項目和加拿大的CHAIN項目，共105個測站，其中僅有27個測站位于北極區域。由此可見，ISMR網絡尚未對北極區域形成全覆蓋，無法利用ISMR所提供的閃爍因子進行北極地區電離層閃爍的建模。相比于ISMR，采樣頻率通常在1Hz及以下的測地型接收機分布十分廣泛，在北極區域布設測地型接收機的觀測站超過300個，基本可以實現對北極陸地及近海的全覆蓋，且這些測站的設立時間更久，可以提供更長時間序列的觀測數據，有助于所建立的電離層閃爍模型吸收電離層閃爍變化的長周期項的影響。因此，構建基于測地型接收機的電離層閃爍因子，有利于提高所構建北極區域電離層閃爍模型的精度。