一种电离层垂直电子密度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种电离层垂直电子密度测量方法，第在时段T内流星余迹通信设备输出n个T

【技术实现步骤摘要】
一种电离层垂直电子密度测量方法


[0001]本专利技术属于通信领域，具体涉及一种电离层垂直电子密度预测方法。

技术介绍

[0002]当流星与地球相遇时，流星闯入了地球大气层，相对地球的运动速度达12～72千米/秒。高速运动的流星与大气层的空气剧烈摩擦，随着流星深入到大气的稠密区(海拔高度120～80千米)，摩擦更加剧烈，铁、钙等物质开始融化、蒸发，物质的原子获得极大的热运动速度，以致激起周围大气的电离，随着流星的运动，在流星的尾部形成圆柱形电离气柱，称之为“流星余迹”。流星余迹形成后，初始半径仅几厘米，随后流星余迹的体积迅速扩大，在扩散过程中，流星余迹内电子密度下降，直至流星余迹消失。一般扩散过程持续十分之几秒到几秒，巨大的流星余迹，持续时间达数分钟，其电离气柱直径达5千米，流星余迹的长度达30千米，巨大的流星可以用肉眼看见。电离气柱与电离层之间形成边界。
[0003]通过测量GNSS信号不同频率的伪距和载波相位等数据，可分析获取不同卫星信号星下电离层穿刺点处的电离层电子浓度总含量(TEC)等参量，从而给出电离层有关参量的时空变化，这在电离层科学研究和工程应用上均有重要的意义，例如卫星导航、卫星通信及短波通信领域。该技术无法对电离层进行精确分层探测，引入了薄层假设电离层层析模型的局限性，也无法克服经验模型与传统地面探测手段的局限性，目前只适合于监测近千千米大尺度电离层电子密度垂直分布及其扰动状态，而对几十千米小尺度电离层电子密度无法直接、实时和精确的测量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种电离层垂直电子密度测量方法，通过流星余迹形成的边界，测量电离层内小尺度区域内电离层垂直电子密度。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术手段实现的，一种电离层垂直电子密度预测方法，
[0006]获取时段T内，流星余迹通信设备输出的n个V
P
(t)和T
P
(t)，其中V
P
(t)为流星余迹通信天线收发主从站间连线中点上方距离地面设定高度处，设定尺度区域内电离层垂直电子密度；T
P
(t)为流星余迹接信号强度P的持续时间；
[0007]获取时段T内流星余迹区域背景电离层垂直电子密度V1(t)，并得到均值V1；
[0008]根据电离层物理特性，得到T
P
(t)的拟合函数式，即f(T
P
(t))；
[0009]预测下一T时段内，t时刻的流星余迹背景电离层垂直电子密度V(t)，V(t)＝V
P
(t)
‑
f(T
P
(t))；
[0010]对T时段内的V(t)取均值，即为下一T时段内该区域的背景电离层垂直电子密度V；
[0011]将背景电离层垂直电子密度V用于卫星导航、卫星通信及短波通信上，从而达到提升卫星导航精度、改善卫星通信性能，以及短波通信快速选频的目的。
[0012]流星余迹接信号强度P的持续时间T
p
(t)由流星余迹通信设备测量得到。
[0013]时段T内流星余迹区域背景电离层垂直电子密度V1(t)通过GNSS设备测量得到。
[0014]T值为n个T
P
(t)中的最大值。
[0015]所述f(T
P
(t))＝k1T
P
(t)+k0。
[0016]所述f(T
P
(t))＝k2T
P
(t)2+k1T
P
(t)+k0[0017]当f(T
P
(t))函数为非线性函数时，将f(T
P
(t))线性化，得到dv(t)
‑
dv(t
‑
1)＝f(T
P
(t))＝2k2T
P
(t)+k1，通过线性回归得到k
i
，i＝1、2，k0＝dv(t)
‑
k2T
P
(t)2+k1T
P
(t)，dV(t)＝V
P
(t)
‑
V1。
[0018]由T时段内的n个dV(t)采用线性回归方法计算出系数确定k
i
，i＝0、1、
…
；dV(t)＝V
P
(t)
‑
V1。
[0019]本专利技术的有益效果在于：基于GNSS信号的电离层监测采用反演算法推算电离层各层电子密度，引入了薄层假设电离层层析模型的局限性，而流星余迹通信获取的电离密度来自于收发站间天线连线中点上方距离地面100km高度处，尺度为30km的小尺度区域内，因此数据获取更为直接。得出的流星余迹背景电离层垂直电子密度V更加精确，对该区域电离层活动规律的揭示更加真实有力，可广泛应用于卫星导航精度提升、卫星通信性能改善和短波通信快速选频领域。
附图说明
[0020]图1为流星余迹信道传播示意图；
[0021]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
具体实施方式
[0022]【实施例1】
[0023]如图1所示，一种电离层垂直电子密度预测方法，
[0024]获取时段T内，流星余迹通信设备输出的n个V
P
(t)和T
P
(t)，其中V
P
(t)为流星余迹通信天线收发主从站间连线中点上方距离地面设定高度处，设定尺度区域内电离层垂直电子密度；T
P
(t)为流星余迹接信号强度P的持续时间；
[0025]具体的V
P
(t)为流星余迹通信天线收发主从站间连线中点上方距离地面100km高度处，尺度为30km的小尺度区域内电离层垂直电子密度。根据通信所用电离层位置改变高度和尺寸。
[0026]时段T内流星余迹通信设备输出n个T
P
(t)，在“V
P
(t)和T
P
(t)对应表格”中根据每一个T
P
(t)的数值查询V
P
(t)的数值。
[0027]通过流星余迹观测站长期观测记录，得到V
P
(t)和T
P
(t)对应表格，再根据记录的T
P
(t)值，查询得到V
P
(t)
[0028]获取时段T内流星余迹区域背景电离层垂直电子密度V1(t)，并得到均值V1；如图1所示，根据GPS接收机和GPS获取V1(t)。
[0029]根据电离层物理特性，得到T
P
(t)的拟合函数式，即f(T
P
(t))；
[0030]其中f(T
P
(t))根据电离层物理特性，存在多种形式的拟合函数式，其随着测站的位置、观测的时间、流星余迹产生的物理参数不同而不同，但T
P
(t)的数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电离层垂直电子密度预测方法，其特征在于：获取时段T内，流星余迹通信设备输出的n个V
P
(t)和T
P
(t)，其中V
P
(t)为流星余迹通信天线收发主从站间连线中点上方距离地面设定高度处，设定尺度区域内电离层垂直电子密度；T
P
(t)为流星余迹接信号强度P的持续时间；获取时段T内流星余迹区域背景电离层垂直电子密度V1(t)，并得到均值V1；根据电离层物理特性，得到T
P
(t)的拟合函数式，即f(T
P
(t))；预测下一T时段内，t时刻的流星余迹背景电离层垂直电子密度V(t)，V(t)＝V
P
(t)
‑
f(T
P
(t))；对T时段内的V(t)取均值，即为下一T时段内该区域的背景电离层垂直电子密度V；将背景电离层垂直电子密度V用于卫星导航、卫星通信及短波通信上，从而达到提升卫星导航精度、改善卫星通信性能，以及短波通信快速选频的目的。2.根据权利要求1所述的一种电离层垂直电子密度预测方法，其特征在于：流星余迹接信号强度P的持续时间T
p
(t)由流星余迹通信设备测量得到。3.根据权利要求1所述的一种电离层垂直电子密度预测方法，其特征在于：时段T内流星余迹区域背景电离层垂直电子密度V1(t)通过GNSS设备测量得到。4.根据权利要求1所述的一种电离层垂直电子密度预测方法，其特征在于：T值为n个T
P
...

【专利技术属性】
技术研发人员：何恒，慕晓冬，杨晓云，赵鹏，周辰，潘蕾，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：