[发明专利]一种广域、局域融合的高精度电离层闪烁模型建立方法

说明书

本发明提供一种广域、局域融合的高精度电离层闪烁模型建立方法，包括如下步骤：a)、获取空基COSMIC卫星，以及高纬地区地基CHAIN观测站的原始信号数据，对获取的原始信号数据进行预处理；b)、对获取的电离层闪烁信号数据进行时空特征初步分析；c)、建立广域电离层闪烁ANN模型，d)、对广域电离层闪烁ANN模型测试，e)、建立高纬极区局域电离层闪烁ANN模型，f)、对高纬极区局域电离层闪烁ANN模型测试。本发明利用COSMIC以及CHAIN两种观测数据，以总电子含量的时间变化率指数ROTI的形式表征电离层闪烁发生情况模型，并单独使用CHAIN站数据进行高纬地区的电离层闪烁模型的建立，达到广域、局域融合，改进接收机性能、提高卫星导航定位精度。

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，特别涉及一种广域、局域融合的高精度电离层闪烁模型建立方法。

背景技术

许多

电离层是地球大气层的一部分，位于地球表面60km以上的区域。该区域的大气中的分子和原子在太阳辐射(主要是紫外辐射和X射线)作用下部分电离，存在大量正离子和自由电子。美国电气和电子工程师协会标准(1969)，按照无线电波受影响的角度定义电离层为：“地球大气层的一部分，其中存在的离子和电子数量足以影响无线电波的传播”。

随着全球卫星导航系统的迅速发展，电离层已经成为开展空间探测的必要研究对象。电离层干扰是影响卫星导航定位精度的最大误差来源。

电离层闪烁的发生会引起接收到的全球导航卫星系统GNSS信号的幅度和相位波动，这些快速的波动可能会降低定位精度，甚至引起载波相位周跳、跟踪环路失锁。基于对电波传播的物理过程的研究以及对大量历史数据进行统计分析，了解和掌握电离层的物理结构和活动规律，对电离层闪烁特性进行准确模拟，以及构建出高精度的电离层模型，是提高卫星导航授时、测速、定位等方面精度的有效方法。

现有的模型可以分为理论分析模型(即薄相位屏理论、born近似法、惠更斯-菲涅尔积分原理法、抛物线方程法、多相位屏理论等)、概率统计模型(典型的有AJ Stanford模型，Cornell模型)以及闪烁监测及预报系统(典型的有WBMOD模型，GISM模型)。

但是，由于电离层自身物理结构复杂、电离层闪烁发生的影响因素随机多变以及不规则体与电离层闪烁关系的不确定性，理论分析模型存在着一定的局限性。而两种较为典型的概率统计模型，AJ Stanford模型没有考虑到闪烁频率的限制、Cornell模型没有考虑到相位闪烁与幅度闪烁的相关性。受地理位置限制，地基测站不能遍布全球，所获得的电离层闪烁数据较为单一，对高纬极区的电离层闪烁研究较少。闪烁检测及预报系统在建模过程中采用的大多是低纬地区的数据，因此模型在中高纬地区预测中误差极大，只能在局部地区进行电离层预测。

因此，为了解决现有技术中电离层闪烁预测误差较大的问题，需要一种广域、局域融合的高精度电离层闪烁模型建立方法。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种广域、局域融合的高精度电离层闪烁模型建立方法，所述方法包括如下方法步骤：

a)、获取空基COSMIC卫星，以及高纬地区地基CHAIN观测站的原始信号数据，对获取的原始信号数据进行预处理，获取电离层闪烁信号数据；

b)、对获取的电离层闪烁信号数据进行时空特征初步分析；

c)、建立广域电离层闪烁ANN模型，包括：

将经过时空特征初步分析后的数据，分成第一模型构建数据和第一模型测试数据，第一模型构建数据作为神经网络的输入信号，借助误差反向传播算法进行神经网络训练，

经过误差反向传播算法，得到的输出结果ROTI；

d)、对广域电离层闪烁ANN模型测试，包括TSS指数评估，以及内符合精度和外符合精度的评估，