基于云架构的甚低频导航实时网格化电波传播修正方法技术

本发明专利技术提供了一种基于云架构的甚低频导航实时网格化电波传播修正方法，在甚低频导航工作区域内，部署j个位置精确测定的甚低频导航电波传播监测站，计算每个电波传播误差修正值；进而计算得到网格化修正数据位置中心点的电波传播修正数据；结合每个网格修正数据位置点的实时天气量化参数、周边地质数据的电导率参数以及时间段，对网格化电波传播修正值进行加权修正；根据用户回传的位置，选择与用户位置最近的网格点的电波传播修正值发送给甚低频导航用户终端，用于修正甚低频导航用户终端的定位结果。本发明专利技术将电波传播的影响修正精度提高一个数量级以上，达到百米量级的精度，大幅度提升甚低频导航系统最终的导航定位精度。

【技术实现步骤摘要】
基于云架构的甚低频导航实时网格化电波传播修正方法
本专利技术涉及一种无线电导航定位修正方法。
技术介绍
无线电导航是通过已知位置的发射台发射无线电导航信号，用户端通过接收多个发射台的无线电导航导航信号，通过定位解算，得到用户位置。甚低频无线电的频率为3kHz～30kHz，这个波段的无线电通过地面和电离层波导传播的距离远，传播衰减小，具有一定的入水深度，甚低频无线通常被用于远程广域无线电导航和通信。典型的甚低频导航系统是美国的欧米伽导航系统和俄罗斯的阿尔法导航系统。美国曾在全球建立了8个欧米伽发射台站，信号频率处于10k～15kHz的甚低频范围内，实现了甚低频导航信号的全球覆盖。欧米伽采用比相测量时间差的双曲线定位体制，为用户提供无源二维定位(地球表面的平面定位)服务，设计精度为2～4海里，定位误差与用户地点、观测时刻、所选台站、传播修正等有很大关系，地点相同而时间不同的复现精度为2～4海里，时间相同而地点不同的相对精度为0.25～0.5海里，利用差分技术可以把定位精度提高到1海里(500海里范围内)。阿尔法导航系统是前苏联建设的类似于欧米伽的超远程导航系统，建立了3个发射台。发射信号频率处于11k～16kHz的甚低频范围内，阿尔法导航系统工作区覆盖全球70％的面积。阿尔法导航的通常定位精度在2～4海里，为解决电波“预测修正”问题，俄罗斯在系统工作区内先后建起了31个阿尔法信号传播监测站。差分阿尔法的精度比普通的欧米伽的定位精度提高了3～5倍，白天的定位精度可达200～1000m。甚低频导航系统的定位精度受电离层以及传播路径的环境特性影响很大，为了提升甚低频导航系统的定位精度，需要采用电波传播修正技术来提升最终的定位精度。传统的电波传统修正一般采取建立修正模型，在王建编写的“甚低频传播相位预测与C层效应研究”(2004年10月)电子科学研究院硕士学位论文中，应用半经验方法对甚低频(VLF)传播相位的“C层效应”进行了分析和建模，改进了VLF传播相位预测函数。与美国第六代相位预测模型的预测精度10个百分周相比，预测精度高出约3.35个百分周。传统的模型相位预测修正大多基于经验参数，修正的精度不高，难以满足高精度导航定位的要求。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于云架构的传播修正处理方法，采用网络化的大数据和云计算技术，实时对用户进行个性化的传播误差修正，避免了复杂的模型参数估计，根据用户请求进行连续性的实时电波修正，将甚低频导航电波传播修正后的定位精度比未采用实时修正的定位精度提高一个数量级以上。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：步骤1，在甚低频导航工作区域内，部署j个位置精确测定的甚低频导航电波传播监测站，j≥3，各个甚低频导航电波传播监测站之间的间隔大于200公里，甚低频导航电波传播监测站在工作区域内最大覆盖并均匀分布；步骤2，在包含有甚低频导航电波传播监测站的导航工作区域内，以边长a的正方形连续划定n*m个网格，边长a的取值范围为二十分之一到1倍甚低频无线电导航信号波长；在(a*n)*(a*m)区域内，以每个网格的正方形顶点作为电波传播网格化修正数据的位置中心点，共有(n+1)*(m+1)个数据点；步骤3，根据每个甚低频导航电波传播监测站实时测量的甚低频信号相位值，换算成伪距值，与甚低频导航电波传播监测站准确位置和甚低频导航台位置所计算的距离值相减，得到每个电波传播误差修正值Δδi，i＝1，2，…，j；步骤4，根据各个网格化电波传播修正数据点的位置以及Δδi计算每个网格化电波传播修正位置上的电波传播误差修正值；根据每个网格化电波传播修正数据点的位置，选择其中距离最近的三个甚低频导航电波传播监测站的电波传播误差修正值，采用线性内插来计算这个网格化电波传播修正数据点，计算得到网格化修正数据位置中心点的电波传播修正数据Δε1、Δε2、Δε3…、Δε(n+1)*(m+1)；步骤5，结合每个网格修正数据位置点的实时天气量化参数α1、α2、α3…、α(n+1)*(m+1)以及周边地质数据的电导率参数β1、β2、β3…、β(n+1)*(m+1)，对网格化电波传播修正值进行加权修正，分别得到Δε′1＝(α1+β1)*Δε1、Δε′2＝(α2+β2)*Δε3、Δε′3＝(α3+β3)*Δε3…、Δε′(n+1)*(m+1)＝(α(n+1)*(m+1)+β(n+1)*(m+1))*Δε(n+1)*(m+1)；实时天气量化参数α的取值范围根据阴天、下雨、下雪、晴天，分别选取0.999、0.998、0.995、1；周边地质数据的电导率参数β值，根据大地电导率值，取值范围为-0.002到+0.002；步骤6，将网格化修正数据位置中心点的本地时间t值划分为1-4点、5-8点、9-12点、13-16点、17-20点、21-24点，在6个时间段分别设定η(t)值为0.995、0.996、0.998、0.999、0.998、0.997，得到实时网格化的电波传播修正值Δε″1(t)＝Δε′1*η(t)、Δε″2(t)＝Δε′2*η(t)、Δε″3(t)＝Δε′3*η(t)…、Δε″(n+1)*(m+1)(t)＝Δε′(n+1)*(m+1)*η(t)；步骤7，根据用户回传的位置，选择与用户位置最近的网格点的电波传播修正值，通过无线通信实时发送给甚低频导航用户终端，用于修正甚低频导航用户终端的定位结果。本专利技术的有益效果是：由于综合考虑的实时变化的路径传播、天气及电导率、电离层高度等影响，可以将电波传播的影响修正精度，由传统的海里量级，提高一个数量级以上，达到百米量级的精度，大幅度提升甚低频导航系统最终的导航定位精度。附图说明图1是基于云架构的甚低频导航实时网格化修正系统架构图；图2是甚低频导航监测站组成框图；图3是云架构电波传播修正数据处理中心数据处理流程图；图4是甚低频导航接收机修正处理流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。本专利技术采用以下技术方案：本专利技术基于网络化的电波传播监测和云架构电波修正处理系统，包括了分布于甚低频导航工作区域内的甚低频导航电波传播监测站、甚低频导航电波传播监测站与云架构电波传播修正数据处理中心的通信网络、云架构电波传播修正数据处理中心、云架构电波传播修正数据处理中心和甚低频导航用户终端之间的无线通信信道，以及甚低频导航用户终端。所述的甚低频导航电波传播监测站包括了甚低频导航监测接收机、高稳定时间和频率基准、数据存储和传输计算机、无线或有线网络。甚低频导航电波传播监测站处于已知位置的固定点上，甚低频导航监测接收机通过接收甚低频导航台发射的无线电信号，测量甚低频导航发射台与监测站之间的信号传播值，并与高稳定时间和频率基准以及精确已知的位置基准进行比较，获得电波传播误差值，将得到的电波传播误差值通过无线或有线网络传送到云架构电波传播修正数据处理中心。所述的云架构电波传播修正数据处理中心包括了云存储服务节点、高性能云计算节点、实时天气以及气象预报和地质数据库以及通信网络。通过在国家气象局和国土资源部网站抓取天气以及气象预报和地质数据，在云架构电波传播修正数据处理中心存储。云架构电波传播修正数据处理中心实时接收和处理多个广域分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于云架构的甚低频导航实时网格化电波传播修正方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1，在甚低频导航工作区域内，部署j个位置精确测定的甚低频导航电波传播监测站，j≥3，各个甚低频导航电波传播监测站之间的间隔大于200公里，甚低频导航电波传播监测站在工作区域内最大覆盖并均匀分布；步骤2，在包含有甚低频导航电波传播监测站的导航工作区域内，以边长a的正方形连续划定n*m个网格，边长a的取值范围为二十分之一到1倍甚低频无线电导航信号波长；在(a*n)*(a*m)区域内，以每个网格的正方形顶点作为电波传播网格化修正数据的位置中心点，共有(n+1)*(m+1)个数据点；步骤3，根据每个甚低频导航电波传播监测站实时测量的甚低频信号相位值，换算成伪距值，与甚低频导航电波传播监测站准确位置和甚低频导航台位置所计算的距离值相减，得到每个电波传播误差修正值Δδi，i＝1，2，…，j；步骤4，根据各个网格化电波传播修正数据点的位置以及Δδi计算每个网格化电波传播修正位置上的电波传播误差修正值；根据每个网格化电波传播修正数据点的位置，选择其中距离最近的三个甚低频导航电波传播监测站的电波传播误差修正值，采用线性内插来计算这个网格化电波传播修正数据点，计算得到网格化修正数据位置中心点的电波传播修正数据Δε1、Δε2、Δε3…、Δε(n+1)*(m+1)；步骤5，结合每个网格修正数据位置点的实时天气量化参数α1、α2、α3…、α(n+1)*(m+1)以及周边地质数据的电导率参数β1、β2、β3…、β(n+1)*(m+1)，对网格化电波传播修正值进行加权修正，分别得到Δε′1＝(α1+β1)*Δε1、Δε′...

【技术特征摘要】
1.一种基于云架构的甚低频导航实时网格化电波传播修正方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1，在甚低频导航工作区域内，部署j个位置精确测定的甚低频导航电波传播监测站，j≥3，各个甚低频导航电波传播监测站之间的间隔大于200公里，甚低频导航电波传播监测站在工作区域内最大覆盖并均匀分布；步骤2，在包含有甚低频导航电波传播监测站的导航工作区域内，以边长a的正方形连续划定n*m个网格，边长a的取值范围为二十分之一到1倍甚低频无线电导航信号波长；在(a*n)*(a*m)区域内，以每个网格的正方形顶点作为电波传播网格化修正数据的位置中心点，共有(n+1)*(m+1)个数据点；步骤3，根据每个甚低频导航电波传播监测站实时测量的甚低频信号相位值，换算成伪距值，与甚低频导航电波传播监测站准确位置和甚低频导航台位置所计算的距离值相减，得到每个电波传播误差修正值Δδi，i＝1，2，…，j；步骤4，根据各个网格化电波传播修正数据点的位置以及Δδi计算每个网格化电波传播修正位置上的电波传播误差修正值；根据每个网格化电波传播修正数据点的位置，选择其中距离最近的三个甚低频导航电波传播监测站的电波传播误差修正值，采用线性内插来计算这个网格化电波传播修正数据点，计算得到网格化修正数据位置中心点的电波传播修正数据Δε1、Δε2、Δε3…、Δε(n+1)*(m+1)；步骤5，结合每个网格修正数据位置点的实...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡安平，张上海，王伟，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61