[发明专利]一种基于电离层延迟改进的导航卫星定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航领域，特别涉及一种基于电离层延迟改进的导航卫星定位方法及系统。

背景技术

目前，一个被单频GPS/BDS用户普遍采用的电离层延迟改正模型是Klobuchar(克罗布歇)模型， Klobuchar模型的表达式为：

式中，是以s为单位的垂直延迟，t为以s为单位的接收机至卫星连线与中心电离层交点(M)处得地方时，=为夜间的垂直延迟常数，为白天余弦曲线的振幅，GPS广播星历中给出了系数，与系数的关系如下：

式中是电离层穿刺点的地磁纬度。

    为初始相位，对应于余弦曲线极点的地方时，一般取50400s（当地时间14：00）。为余弦曲线的周期，由广播星历中系数求得，关系式如下：

该授命完成于80年代初，受到当时理论和技术的限制，还存在许多其他不足之处：

1.将固定为5ns，即全球电离层夜间天顶方向总电子含量VTEC被看成常数项，相当于9.0TECU。而大量数据分析表明，在不同的纬度上，电离层夜间VTEC的平均值会发生变化，实际上，根据国际GPS服务组织IGS的观测结果，全球电离层夜间VTEC的平均值与太阳活动有关，在一个太阳活动周期内，变化范围可从6TECU增加到约20TECU，因此，固定会导致整个模型很大的偏差，平均偏差在20%~30%左右；

2.使用了固定的初始相位，即假定在任意磁纬度上空天顶方向上，垂直总电子含量VTEC最大值出现在当地正午过后2个小时。

对于GPS/BDS等无线电卫星导航定位系统而言，电离层延迟误差是影响导航定位精度和准确度的主要误差源之一，电离层引起的距离误差一般在白天可达15m，夜晚可达3m；在天顶方向最大可达50m，在水平方向最大可达150m，Klobuchar模型上述两个不足之处将会引起距离测量出现偏差，从而影响定位和导航结果的精度。

发明内容

基于上述情况，本发明提出了一种基于电离层延迟改进的导航卫星定位方法，该方法是针对电离层延迟改正模型——Klobuchar(克罗布歇)模型进行改进，将初始相位和夜间VTEC平场均写成纬度的函数，建立改进的Klobuchar模型，提高电离层延迟建模的精度，计算出更精确的电离层改正，从而得到更高精度的定位和导航结果。

本发明公开了一种基于电离层延迟改进的导航卫星定位方法，包括步骤：

获取GIM数据，利用所述GIM数据进行模型参数估计；将所述模型参数导入参数拟合模型中进行电离层延迟拟合；通过所述电离层延迟计算导航定位坐标。

所述模型参数估计是将所述GIM数据最小二乘平差的基础上引入不等式约束平差。

所述电离层延迟拟合为根据不同的纬度段进行不同的电离层延迟参数拟合。

所述参数拟合模型采用以下公式：                                                        

式中，表示南北纬50°上的平均值(i=2,3,4)，当时，式中号取，当时，式中号取。 是电离层垂直天顶延迟，单位为TECU，相应频率为，t是以h为单位的电离层穿刺点处的地方时，是电离层穿刺点处的大地纬度。对于计算不同频率信号穿过电离层的天顶电离层延迟，需要乘一个与频率有关的映射函数k(f)。

a. 和B为夜间电离层延迟的常数和随纬度的线性变化项，其中：

b.为白天电离层延迟余弦曲线的振幅，用系数计算得到：

c. 为余弦曲线的周期，用系数求得：

d. 是余弦函数的初始相位，对应于曲线极点的地方时，用系数求得：

。

本发明还公开了一种基于电离层延迟改进的导航卫星定位系统，其特征在于，包括：GIM数据获取模块、参数估计模块、电离层延迟拟合模块、导航定位模块，各个模块依次信号连接；GIM数据获取模块，用于获取的GIM数据；参数估计模块，用于利用GIM数据进行参数拟合模型的实时建立和参数估计；电离层延迟拟合模块用于接收获取参数估计模块输出的估计参数，并根据估计参数、用户使用的穿刺点的地方时t和纬度，进行电离层全球电离层延迟的拟合；导航定位模块，用于根据电离层延迟拟合模块的拟合结果，结合导航定位算法，解算出导航定位坐标。

所述模型参数估计是将所述GIM数据最小二乘平差的基础上引入不等式约束平差。