[发明专利]一种确定区域电离层延迟的方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于神经网络技术对区域电离层延迟模型进行拟合的新方法，属于大地测量与空间信息技术应用领域。

背景技术

目前解决电离层延迟误差的方法一般有双频改正法、差分GPS定位法、半和改正法和电离层模型法。现有的电离层模型大体可分为两类。

(1)第一类模型

第一类模型是依据建立模型以前长时期内收集到的观测资料而建立起来的反映电离层变化规律的一些经验公式，如Bent模型、IRI(InternationalReference Ionosphere)模型、Klobuchar模型等。由于影响电离层的因素很多，许多因素又带有较大的随意性，而我们对各因素间的相互关系、变化规律及其内部机制等又未完全搞清，从而使电离层延迟中产生了很多不规则变化，所以利用这些模型得到的电离层延迟的精度一般都不太好。

Bent模型属于经验模型，由美国的RodneyBent和Sigrid Llewellyn于1973年提出。在该模型中，电离层的上部用3个指数层和一个抛物线层来逼近，下部则用双抛物线层来近似。用该模型可计算1000km以下的电子密度垂直剖面图，获得VTEC(Vertical Total Electron Content，天顶方向的总电子含量)等参数，从而可求得电离层延迟等数据。该模型的输入参数为日期、时间、测站位置、太阳辐射流量及太阳黑子数等，其电离层延迟修正精度达60％左右。

IRI(Internat ional Reference Ionosphere)模型由国际无线电科学联盟(URSI)和空间研究委员会(COSPAR)提出的标准经验模型，最早的模型版本为IRI-78，发布于1978年，之后经过多次修正，目前采用的多为IRI-90或IRI-2001。IRI模型是目前最有效且被广泛认可的经验模型，它融汇了多个大气参数模型，引入了太阳活动和地磁指数的月平均参数，采用预报的电离层特征参数描述电离层剖面。

Klobuchar模型也属于经验模型，由美国的J.A.Klobuchar于1987年提出，描述了作为时间函数的电离层时延的周日特性。该模型把晚间的电离层时延看成是一个常数，取值为5ns，把白天的时延看成是余弦函数中正的部分。该模型的不足是电离层延迟改正精度有限，适用的空间范围限定在中纬度地区。高纬和低纬赤道地区，由于电离层变化活动剧烈，该模型不能有效反映电离层的真实状况。经验表明，Klobuchar模型仅改正电离层影响的50％-60％，理想情况可改正至75％。

国际大地测量协会于1993年成立了国际GPS服务机构(IGS)，1998年5月成立了IGS电离层工作组，1998年底，作为IGS电离层信息综合处理中心的ESA提供了IGS电离层的第一个比较和综合结果，这标志着IGS电离层产品开始形成。IGS的各电离层工作组都提供了自己不同的全球TEC模拟方法。如JPL除利用球谐函数模拟全球电离层外，还将相近各点间的电离层假定为线性相关，形成三角型格网电离层模型。ESA利用高斯型指数函数方法构建全球电离层模型，这种方法的缺点在于未知参数均以非线性形式存在。EMR将全球电离层区域划分成若干单元，并将每个单元的TEC值处理成一个常数。UPC将全球电离层分成两层，每层也以同样的方式划分成若干单元格。以上两类单元法的缺点在于格元边界处的TEC值不连续。UNB则在每个测站计算一个低阶的局部TEC模型，然后通过内插法形成全球电离层模型。

第一类模型(经验模型)存在的主要问题是：①模型精度低；②模型需要测量区域多个大气参数，费时费力。

(2)第二类模型

第二类模型则是依据某一时段中在某一区域内实际测定的电离层延迟采用数学方法而拟合出来的一个模型。显然，建立这种模型时并不要求对电离层变化规律有透彻的了解，一些时间尺度较长的不规则变化已经在模型中得到了反映。

第二类模型优点是：无需测量区域大气参数，使用方便；与经验模型相比，精度有较大提高。缺点是：①需要实测区域内若干个位置的电离层VTEC数据；②区域拟合模型需要选择与构造，构造拟合模型不同，精度差别较大。

由于对电离层变化规律还没有透彻的了解，拟合模型一般是人为假定的某个数学函数模型，因此，构造的拟合模型大都存在模型误差。

发明内容

本发明的目的是提出一种高精度的大区域电离层延迟模型拟合方法。本发明技术可帮助人们充分认识和掌握电离层结构与活动规律，对削弱电离层对无线电波传输的干扰、保障空间信号传播和航天活动的安全具有积极的意义。