一种全球电离层格网模型的确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种全球电离层格网模型的确定方法及装置，属于全球导航系统及空间环境监测领域。用以解决现有各类电离层数据之间存在系统性偏差，将各类电离层数据不能进行简单的融合的问题。包括：根据GNSS观测数据，通过公式(1)和(2)确定天顶方向的电离层VTEC1；根据海洋测高卫星的数据，采用公式(3)并结合平滑与重采样的方法，获取天顶方向的电离层VTEC2；根据DORIS的双频相位观测值，通过公式(4)确定STECbias，由GIM内插原理，DORIS的双频相位观测值和STECbias，确定修正后的STEC，根据修正后的STEC和定标方法，确定天顶方向的电离层VTEC3；根据球谐函数模型对电离层VTEC1、VTEC2和VTEC3进行拟合，确定基于多源数据融合的全球电离层格网模型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于全球导航系统及空间环境监测领域，更具体的涉及一种全球电离层格网模型的确定方法及装置。
技术介绍
利用GNSS(英文为：GlobalNavigationSatelliteSystem，中文简称：全球卫星导航系统)数据建立的全球电离层格网模型(英文为：GlobalIonosphereMaps英文简称：GIM)是研究电离层变化的重要手段。但是，GNSS跟踪站分布不均匀，GIM在海洋等缺少GNSS跟踪站的地区精度和可靠性较低。海洋测高卫星的轨道可以覆盖大部分海洋地区，发射双频信号可以得到轨道星下点处的VTEC(英文为：VerticalTotalElectronContent，中文简称：垂直方向的总电子含量)。同时DORIS(英文为：DopplerOrbitographybyRadiopositioningIntegratedonSatellite，中文简称：地基多普勒无线电定轨定位系统)地面信标站在全球有着均匀的分布。海洋测高卫星和DORIS在海洋地区均可以弥补GNSS跟踪站的不足，将海洋测高和DORIS系统数据与GNSS观测数据进行融合，可以有效提高GIM在海洋地区的精度和可靠性。但是，由于各类电离层数据之间存在系统性偏差，将上述各类电离层数据不能进行简单的融合。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种全球电离层格网模型的确定方法及装置，用以解决现有技术中存在各类电离层数据之间存在系统性偏差，将上述各类电离层数据不能进行简单的融合的问题。本专利技术实施例提供一种全球电离层格网模型的确定方法，包括：根据全球卫星导航系统GNSS观测数据，通过公式(1)和(2)确定天顶方向的电离层第一垂直方向的总电子含量VTEC1；根据海洋测高卫星的数据，采用公式(3)并结合平滑与重采样的方法，获取天顶方向的电离层第二垂直方向的总电子含量VTEC2；根据地基多普勒无线电定轨定位系统DORIS的双频相位观测值，通过公式(4)确定信号传播路径上的总电子含量STECbias，由初始全球电离层格网模型GIM内插原理，所述DORIS的双频相位观测值和所述STECbias确定修正后的STEC，根据所述修正后的STEC和定标方法，确定天顶方向的电离层第三垂直方向的总电子含量VTEC3；根据球谐函数模型对所述VTEC1、所述VTEC2和所述VTEC3C2和VTEC3进行拟合，确定基于多源数据融合的全球电离层格网模型；其中，公式(1)如下所示：公式(2)如下所示：STEC＝mf·VTEC1公式(3)如下所示：公式(4)如下所示：上述公式中，STEC为信号传播路径上的总电子含量，P1、P2为两个频率上GNSS测码伪距观测值，f1、f2为载波的频率，Δbk、Δbs分别为接收机和卫星硬件延迟偏差，R为地球半径，H为单层电离层高度，z为卫星在跟踪站处的天顶距，mf为投影函数，dR为电离层对电磁波路径的影响值，STECbias为具有偏差的STEC，f为信号频率；λ1,λ2分别为地面信标站发射信号L1和L2的波长，为两个频率的DORIS的双频相位观测值。优选地，所述根据所述GNSS观测数据，通过公式(1)和(2)确定天顶方向的电离层VTEC1，包括：采用单层电离层模型假设，将信号传播路径上的总电子含量STEC投影到天顶方向上，确定天顶方向的VTEC1。优选地，所述根据海洋测高卫星的数据，采用公式(3)并结合平滑与重采样的方法，获取天顶方向的电离层VTEC2，包括：根据海洋测高卫星磁波信号的影响值，确定电离层范围的信号差分群路径，根据公式(3)获得原始的垂直方向的总电子含量VTEC；以10s为间隔对所述原始的VTEC进行平滑和重采样，获取天顶方向的电离层VTEC2。优选地，所述根据DORIS的双频相位观测值，通过公式(4)确定STECbias，由GIM内插原理，所述DORIS的双频相位观测值和所述STECbias确定修正后的STEC，根据所述修正后的STEC和定标方法，确定天顶方向的电离层VTEC3，包括：根据所述DORIS的双频相位观测值和所述公式(4)确定所述STECbias，由所述GIM原理内插获取所述DORIS的双频相位观测值所在位置处的VTEC，并将所述VTEC投影到信号传播路径上得到所述STEC；在一个连续观测弧段，对每个由所述DORIS的双频相位观测值得到的所述STECbias和根据所述GIM原理内插得到的所述STEC进行求差，并确定连续观测弧段上所述STECbias与所述STEC之间的平均偏差；根据所述STECbias与所述STEC之间的平均偏差和所述所述STEC，确定修正后的STEC，将所述修正后的STEC投影到天顶方向上，得到所述天顶方向的电离层VTEC3。优选地，所述基于多源数据融合的全球电离层模型通过下列公式确定：公式中，β为穿刺点的纬度，s为穿刺点在日固系下的太阳时角，N为球谐函数的最大展开阶数，为n度m阶的归化勒让德函数，和为未知的球谐函数系数，即待求的电离层模型参数。本专利技术实施例还提供一种全球电离层格网模型的确定装置，包括：第一确定单元，用于根据全球卫星导航系统GNSS观测数据，通过公式(1)和(2)确定天顶方向的电离层第一垂直方向的总电子含量VTEC1；第二确定单元，用于根据海洋测高卫星的数据，采用公式(3)并结合平滑与重采样的方法，获取天顶方向的电离层第二垂直方向的总电子含量VTEC2；第三确定单元，用于根据地基多普勒无线电定轨定位系统DORIS的双频相位观测值，通过公式(4)确定信号传播路径上的总电子含量STECbias，由初始全球电离层格网模型GIM内插原理，所述DORIS的双频相位观测值和所述STECbias确定修正后的STEC，根据所述修正后的STEC和定标方法，确定天顶方向的电离层第三垂直方向的总电子含量VTEC3；第四确定单元，用于根据球谐函数模型对所述VTEC1、所述VTEC2和所述VTEC3C2和VTEC3进行拟合，确定基于多源数据融合的全球电离层格网模型；其中，公式(1)如下所示：公式(2)如下所示：STEC＝mf·VTEC1公式(3)如下所示：公式(4)如下所示：上述公式中，STEC为信号传播路径上的总电子含量，P1、P2为两个频率上GNSS测码伪距观测值，f1、f2为载波的频率，Δbk、Δbs分别为接收机和卫星硬件延迟偏差，R为地球半径，H为单层电离层高度，z为卫星在跟踪站处的天顶距，mf为投影函数，dR为电离层对电磁波路径的影响值，STECbias为具有偏差的STEC，f为信号频率；λ1,λ2分别为地面信标站发射信号L1和L2的波长，为两个频率的DORIS的双频相位观测值。优选地，所述确定单元具体用于：采用单层电离层模型假设，将信号传播路径上的总电子含量STEC投影到天顶方向上，确定天顶方向的VTEC1。优选地，所述所述确定单元具体用于：根据海洋测高卫星磁波信号的影响值，确定电离层范围的信号差分群路径，根据公式(3)获得原始的垂直方向的总电子含量VTEC；以10s为间隔对所述原始的VTEC进行平滑和重采样，获取天顶方向的电离层VTEC2。优选地，所述确定单元具体用于：根据所述DORIS的双频相位观测值和所述公式(4)确定所述STECbias，由所述GIM原理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全球电离层格网模型的确定方法，其特征在于，包括：根据全球卫星导航系统GNSS观测数据，通过公式(1)和(2)确定天顶方向的电离层第一垂直方向的总电子含量VTEC1；根据海洋测高卫星的数据，采用公式(3)并结合平滑与重采样的方法，获取天顶方向的电离层第二垂直方向的总电子含量VTEC2；根据地基多普勒无线电定轨定位系统DORIS的双频相位观测值，通过公式(4)确定信号传播路径上的总电子含量STECbias，由初始全球电离层格网模型GIM内插原理，所述DORIS的双频相位观测值和所述STECbias确定修正后的STEC，根据所述修正后的STEC和定标方法，确定天顶方向的电离层第三垂直方向的总电子含量VTEC3；根据球谐函数模型对所述VTEC1、所述VTEC2和所述VTEC3进行拟合，确定基于多源数据融合的全球电离层格网模型；其中，公式(1)如下所示：STEC=f12f2240.3·(f12-f22)(P2-P1+Δbk+Δbs)]]>公式(2)如下所示：STEC＝mf·VTEC1公式(3)如下所示：VTEC2=-dR·f240.3]]>公式(4)如下所示：上述公式中，STEC为信号传播路径上的总电子含量，P1、P2为两个频率上GNSS测码伪距观测值，f1、f2为载波的频率，Δbk、Δbs分别为接收机和卫星硬件延迟偏差，R为地球半径，H为单层电离层高度，z为卫星在跟踪站处的天顶距，mf为投影函数，dR为电离层对电磁波路径的影响值，STECbias为具有偏差的STEC，f为信号频率；λ1,λ2分别为地面信标站发射信号L1和L2的波长，为两个频率的DORIS的双频相位观测值。...

【技术特征摘要】
1.一种全球电离层格网模型的确定方法，其特征在于，包括：根据全球卫星导航系统GNSS观测数据，通过公式(1)和(2)确定天顶方向的电离层第一垂直方向的总电子含量VTEC1；根据海洋测高卫星的数据，采用公式(3)并结合平滑与重采样的方法，获取天顶方向的电离层第二垂直方向的总电子含量VTEC2；根据地基多普勒无线电定轨定位系统DORIS的双频相位观测值，通过公式(4)确定信号传播路径上的总电子含量STECbias，由初始全球电离层格网模型GIM内插原理，所述DORIS的双频相位观测值和所述STECbias确定修正后的STEC，根据所述修正后的STEC和定标方法，确定天顶方向的电离层第三垂直方向的总电子含量VTEC3；根据球谐函数模型对所述VTEC1、所述VTEC2和所述VTEC3进行拟合，确定基于多源数据融合的全球电离层格网模型；其中，公式(1)如下所示：STEC=f12f2240.3·(f12-f22)(P2-P1+Δbk+Δbs)]]>公式(2)如下所示：STEC＝mf·VTEC1公式(3)如下所示：VTEC2=-dR·f240.3]]>公式(4)如下所示：上述公式中，STEC为信号传播路径上的总电子含量，P1、P2为两个频率上GNSS测码伪距观测值，f1、f2为载波的频率，Δbk、Δbs分别为接收机和卫星
\t硬件延迟偏差，R为地球半径，H为单层电离层高度，z为卫星在跟踪站处的天顶距，mf为投影函数，dR为电离层对电磁波路径的影响值，STECbias为具有偏差的STEC，f为信号频率；λ1,λ2分别为地面信标站发射信号L1和L2的波长，为两个频率的DORIS的双频相位观测值。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述GNSS观测数据，通过公式(1)和(2)确定天顶方向的电离层VTEC1，包括：采用单层电离层模型假设，将信号传播路径上的总电子含量STEC投影到天顶方向上，确定天顶方向的电离层VTEC1。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据海洋测高卫星的数据，采用公式(3)并结合平滑与重采样的方法，获取天顶方向的电离层VTEC2，包括：根据海洋测高卫星磁波信号的影响值，确定电离层范围的信号差分群路径，根据公式(3)获得原始的垂直方向的总电子含量VTEC；以10s为间隔对所述原始的VTEC进行平滑和重采样，获取天顶方向的电离层VTEC2。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据DORIS的双频相位观测值，通过公式(4)确定STECbias，由GIM内插原理，所述DORIS的双频相位观测值和所述STECbias确定修正后的STEC，根据所述修正后的STEC和定标方法，确定天顶方向的电离层VTEC3，包括：根据所述DORIS的双频相位观测值和所述公式(4)确定所述STECbias，由所述GIM原理内插获取所述DORIS的双频相位观测值所在位置处的VTEC，并将所述VTEC投影到信号传播路径上得到所述STEC；在一个连续观测弧段，对每个由所述DORIS的双频相位观测值得到的所述STECbias和根据所述GIM原理内插得到的所述STEC进行求差，并确定连续观
\t测弧段上所述STECbias与所述STEC之间的平均偏差；根据所述STECbias与所述STEC之间的平均偏差和所述所述STEC，确定修正后的STEC，将所述修正后的STEC投影到天顶方向上，得到所述天顶方向的电离层VTEC3。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于多源数据融合的全球电离层模型通过下列公式确定：VTEC(β,s)=Σn=0NΣm=0nP~nm(sinβ)(C~nmcos(ms)+S~nmsin(ms))]]>公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61