[发明专利]一种适用于区域电离层TEC的精确建模方法

说明书

本发明公开的一种适用于区域电离层TEC的精确建模方法，涉及定位系统技术领域。该方法首先获取原始斜向电离层时延TEC，然后利用倾斜因子，将斜向TEC转换为垂直TEC，根据观测样本的经度、纬度和相应的垂直TEC，建立以多元二次函数为基函数的径向基函数，并由连续径向基函数，构建线性矩阵方程，解算最优系数，并利用最优系数重构线性矩阵方程组，获取精确的各网格格点或某一给定位置的电离层时延预测值。本发明公开的精确建模方法，不仅能够为电离层形态学的理论研究提供数据支撑，同时为广大GNSS单频用户提供准确的电离层折射修正值，解决由于数据缺失而引起的导航定位精度下降的问题，进一步提升以无线电为传播信标的空间应用系统的服务性能。

技术领域

本发明涉及定位系统技术领域，具体涉及一种适用于区域电离层TEC的精确建模方法。

背景技术

电离层上接外层大气，下连中层大气，是日地空间环境中承上启下的重要环节和关键层次。电离层含有大量的自由电子和离子，能使穿越其中的电磁波改变传播速度，发生反射或折射，从而会对以无线电为传播信标的各类空间系统产生重要影响。因此，如何有效消除电离层附加时延，提升广大单频GNSS接收机用户的服务性能，是国内外学者研究的热点问题。

全球定位系统(GPS)自投入使用以来，由于其覆盖广、成本低的特点，迅速成为电离层物理等相关空间科学领域的有力观测手段。近年来，各国为了摆脱军事和民用方面对美国GPS系统的过度依赖，纷纷建立自主的卫星导航系统。俄罗斯格洛纳斯(Glonass)的复苏、欧洲伽利略(Galieo)系统以及中国的北斗二代(Compass)等全球卫星系统GNSS的构建和运行极大增加了卫星的数量，因此基于GNSS TEC的电离层模式研究得到了迅速地发展。为了进一步改善GNSS导航性能，通过地面监测系统和一定形式的数据链对GNSS进行增强是十分必要的。

卫星增强系统中，消除电离层附加时延通常采用的方法是建立电离层网格模型，即将电离层等效为距离地面350km高度的薄层，同时沿经线和纬线按5°×5°的间隔划分一定数量的网格，通过采集GNSS伪距和载波相位数据，采用电离层经验模型为名义(传输)模型、距离加权等方法获取每一网格格点的电离层垂直时延。用户则同样采用距离加权算法内插周围4个网格格点的电离层时延计算自己所在位置的垂直延迟。通过建立电离层网格模型，距离加权等算法，旨在为服务区内广大单频接收机用户提供了高精度的导航定位服务。

与地处中高纬的北美地区不同，中国大部分地区位于中低纬区域，电离层的形态变化较为复杂，特别是南部上空的电离层位于赤道异常区的北驼峰附近，由电离层引起的无线电传输时延不仅高出其它地区同类信号的若干倍，且随时间变化快，空间经向方向有很强的水平梯度。因此，上述单纯以距离因素为核心，电离层模型输出为趋势的预报方法在中国南部区域得到的电离层时延TEC的精度相对不高。特别是观测样本数据较少的条件下，甚至导致部分网格格点无值，系统可用性大大降低。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种区域电离层TEC精确建模的方法，以解决由于复杂电离层形态以及样本数据不足而引起的导航定位精度下降的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明公开一种适用于区域电离层TEC的精确建模方法，不仅能够为电离层形态学的理论研究提供数据支撑，同时为广大单频GNSS用户解决了由于数据缺失而引起的导航定位精度下降的问题。

根据本发明的目的提出的一种适用于区域电离层TEC的精确建模方法，包括以下步骤：

步骤一：将距离地面60～1000km的电离层假设为地球上空350km处的薄层球壳模型，根据中国区域位置，取经度范围80°E～125°E、纬度范围15°N～40°N，沿经度和纬度方向按5°×5°的间隔将电离层薄层划分为若干网格格点。

步骤二：利用全球卫星系统GNSS提供的双频观测数据，依据码和载波相位测量原理获取相对TEC和绝对TEC。

步骤三：采用差分和平滑技术获得接收机-卫星传播路径上的原始斜向电离层时延TEC参数。