[发明专利]一种提高迭代初值精度的电离层层析成像方法

说明书

本发明涉及一种提高迭代初值精度的电离层层析成像方法、计算机设备和计算机可读存储介质，该方法包括：将电离层区域分割成多个网格，确定每个网格的坐标与电子密度初值；在电离层区域下方间隔设置多台垂测仪，利用垂测仪结合星载全极化SAR数据确定多个不同点的垂直电子密度；对相应网格的电子密度初值进行更新；利用GPS获取不同路径的多条射线并反演各条射线对应的TEC值；计算每条射线在每个网格中的投影长度；基于乘法代数重建法进行层析成像迭代反演，经过多次迭代后，求得电离层区域的电子密度分布。本发明利用垂测仪和星载全极化SAR数据修正电离层IRI经验模型数据，提高了迭代初值的真实性，可提高电离层层析成像的精度。

技术领域

本发明涉及雷达探测技术领域，尤其涉及一种提高迭代初值精度的电离层层析成像方法、计算机设备和计算机可读存储介质。

背景技术

电离层是日地空间环境的重要组成部分，会对穿其而过的低频信号产生明显影响，例如全球导航系统(GPS)信号。但同时，由于信号中包含有丰富的电离层信息，基于GPS信号的电离层探测成为了目前应用最广泛的电离层探测技术。基于GPS信号的电离层层析成像技术(CIT)可通过位于地面的接收站接收回波信息，反演出路径总电子含量(TEC)，进而通过迭代计算，解出电离层区域内部电子密度分布情况。

CIT的精度很大程度是由迭代初值决定的，目前常用的方法是基于电离层IRI经验模型确定初值。然而，电离层IRI经验模型是基于大量历史数据得到的，并不能很好地反应当前和未来空间电子密度分布情况，因此误差较大，会影响CIT重建精度，难以获得更真实、准确的电子密度值。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有技术中电离层层析成像方法基于电离层IRI经验模型确定的迭代初值可靠性较差，致使电子密度测量精度偏低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种提高迭代初值精度的电离层层析成像方法，包括如下步骤：

S1、将电离层区域分割成多个网格，确定每个网格的坐标，并基于电离层IRI经验模型确定每个网格的电子密度初值；

S2、在电离层区域下方间隔设置多台垂测仪，并利用垂测仪结合星载全极化SAR数据确定多个不同点的垂直电子密度；

S3、根据利用垂测仪结合星载全极化SAR数据确定的垂直电子密度，对相应网格的电子密度初值进行更新；

S4、利用GPS获取不同路径的多条射线并反演各条射线对应的TEC值，分别记录GPS探测时的GPS卫星坐标与接收站坐标；

S5、计算每条射线在每个网格中的投影长度；

S6、利用每个网格的电子密度初值、各条射线在每个网格中的投影长度及各条射线对应的TEC值，基于乘法代数重建法进行层析成像迭代反演，经过多次迭代后，求得电离层区域的电子密度分布。

优选地，所述步骤S2中，利用垂测仪结合星载全极化SAR数据确定多个不同点的垂直电子密度时，对于电离层峰值高度以下的电子密度信息，直接由垂测仪测量得到对应的垂直电子密度，对于电离层峰值高度处及以上的电子密度信息，通过α-Chapman模型结合垂测仪与星载全极化SAR数据推算得到对应的垂直电子密度。

优选地，所述步骤S2中，α-Chapman模型包括：

其中，N(h)表示高度h处的电子密度，z表示虚高，N_mF₂为峰值高度h_mF₂处的电子密度，H_T表示标高。