[发明专利]一种基于余弦模型的罗兰天波经过电离层时延预测方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于余弦模型的罗兰天波信号经过电离层时延预测方法和装置，该方法包括根据实际测量的所述罗兰天波经过电离层时延结合数学方法构建第一余弦模型，所述第一余弦模型中的第一参数包括相位、幅度、周期和直流常数项；确定所述第一余弦模型的第一参数值；利用第二余弦模型对罗兰天波进行电离层时延预测，所述第二余弦模型为将所述第一参数值代入所述第一余弦模型后获得的模型。本发明的方案经过电离层时延方法简单有效，且精度较高。

技术领域

本发明属于地基长波无线导航技术领域，具体涉及一种基于余弦模型的罗兰天波经过电离层时延预测方法和装置。

背景技术

罗兰是远距离无线导航系统的简称。它发明于上世纪60年代，目前作为全球卫星导航系统的备份系统使用。近年来随着现代数字信号处理技术和天线收发技术的发展，传播距离较远的罗兰天波应用已经成为可能。但由于罗兰天波传播路径经过电离层反射，而电离层特性复杂且不确定，产生的时延难以预测。

传统的罗兰天波经过电离层时延计算方法从电磁原理着手，利用解析或数值方法进行计算。由于计算步骤繁琐涉及参数量大，且其中电离层大量参数变化无规律不能准确给出，因此计算多偏向于理论仿真，难以实际应用。

发明内容

本发明提供一种基于余弦模型的罗兰天波经过电离层时延预测方法和装置，基于实测余弦模型，可以对罗兰天波传播过程中经过电离层产生的时延进行预测，简单清晰，易于计算，可以提高罗兰天波信号经过电离层时延预测的准确性。

第一方面，提供一种基于余弦模型的罗兰天波经过电离层时延预测方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据实际测量的罗兰天波经过电离层时延结合数学方法构建余弦模型，分析余弦模型参数；

步骤2、计算余弦模型的相位参数；

步骤3、计算余弦模型的幅度和周期参数；

步骤4、将所有参数带入余弦模型进行计算对罗兰天波经过电离层时延进行预测。

本发明的特点还在于，步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、罗兰天波经过电离层时延的测量如图1所示。将GNSS接收机和罗兰接收机分别通过各自接收天线接收信号，其中一台授时型GNSS接收机为测量提供时间基准，它的标准秒脉冲信号同罗兰接收机输出的脉冲周期信号通过计数器进行比较，差值减去理论传播时延就是实际测量到的天波经过电离层时延。

步骤1.2、余弦模型包含四个参数：分别是直流常数项、余弦函数的幅度、相位和周期。其中直流常数项与计算过程中电离层等效反射高度相关，由于信号频率确定，因此直流常数可以设置为25，单位为微妙。

步骤2中计算余弦模型的相位参数，需要已知反射点的时间信息，时间信息又和反射点位置坐标相关，具体按以下步骤实施：

步骤2.1、电离层反射点是天波传播路径的中间位置，虽然地球并不是规则球体，但由于偏心率较小，且电离层电子总量在一定距离范围内分布可以认为是相同的，可以以此为基础计算收发两点中间反射点的经纬度坐标和λ_m，公式如下所示：

公式(1)中，和λ_s分别为发射台站的经纬度坐标，和λ_r分别为接收点的经纬度坐标，坐标都以北半球和东经为正；

步骤2.2、余弦模型的相位信息同本地时间和地理上的正午时间相关，从接收罗兰信号中提取的电文内容含有世界协调时的时间信息，结合步骤2.1中计算的电离层反射点的位置经度，可以计算出反射点附近的本地时间和地理正午时间。其中反射点附近的本地时间t为：