【技术实现步骤摘要】
基于导航地基系统的电离层四维电子密度动态预测方法
[0001]本专利技术涉及基于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的电离层实时监测以及预测
，特别涉及一种基于导航地基系统的电离层四维电子密度动态预测方法。
技术介绍
[0002]地球电离层是地球大气层的重要组成部分，电离层中大量带电粒子形成的等离子体影响无线电波的传播，对穿越其中的电磁信号造成的影响包括反射、折射、散射和吸收等。电离层在通信、遥感、GPS、星际探测等诸多领域有着不可忽略的影响，是高精度空间信息系统面临共性关键问题，制约空间科技和商业航天的快速发展。对于导航定位，电离层时延误差是实时定位的主要误差之一。电离层电子密度的监测和预测对于电离层物理研究和导航定位技术具有重要意义。传统的电离层预测工作大多集中在对于电离层TEC参数的预测，已逐渐不再满足当前需求。如今对于电离层的预测需求逐步发展到电离层三维乃至四维电子密度的预测。传统的电离层探测方法有电离层测高仪以及非相干散射雷达等技术。然而，测高仪仅...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于导航地基系统的电离层四维电子密度动态预测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)接收区域基站接收机原始双频观测数据和导航电文，剔除粗差后计算卫星位置和高度角，根据卫星与基站几何关系构建观测矩阵；2)使用双频伪距以及载波观测值，采用非差非组合精密单点定位PPP算法计算基站和对应卫星之间的电离层延迟观测值；3)单历元时刻，选取参考星，将基站观测的其他卫星与基站几何关系构建的观测矩阵减去参考星对应的观测矩阵构建差分观测矩阵，将基站观测的其他卫星对应的电离层延迟观测值减去参考星对应的电离层延迟观测值，构造差分电离层延迟量；4)构造反演区域内电子密度历史数据集，其中初始历元时刻利用电离层经验模型NeQuick2模型采集电子密度数据，其他历元时刻采用实测层析数据动态更新电子密度数据集；5)基于电子密度历史数据集，采用动态模式分解方法DMD从中获取表征电离层时空变化规律的模态矩阵；6)以层析精度和预测误差作为衡量指标，基于步骤3)获得的差分电离层延迟量和差分观测矩阵以及步骤5)获得的模态矩阵，利用压缩感知算法通过待估系数稀疏约束项以及重构误差项构造目标函数，建立电离层层析及预测模型；7)求解待估系数，采用动态模式分解算法基于待估系数和当前时刻的模态信息实现电离层四维电子密度的层析重构和预测。2.根据权利要求1所述的基于导航地基系统的电离层四维电子密度动态预测方法，其特征在于，步骤3)中，通过选取高度角最大卫星作为参考星。3.根据权利要求1所述的基于导航地基系统的电离层四维电子密度动态预测方法，其特征在于，步骤5)中，基于电子密度历史数据集，采用动态模式分解方法DMD从中获取表征电离层时空变化规律的模态矩阵ψ，具体如下：
①
收集t0到t
M
时刻、时间间隔为Δt＝t
i
‑
t
i
‑1的电离层电子密度数据集，构造不同时刻电子密度数据矩阵N
ei
是t
i
时刻收集的电子密度向量；
②
假设线性系统满足N
ej+1
＝A
·
N
ej
，即N
ej
到N
ej+1
存在线性映射矩阵A，对矩阵进行奇异值分解估计线性映射矩阵A的特征值，其中，U∈C
n
×
n
为左奇异矩阵，V∈C
M
×
M
为右奇异矩阵，U和V均酉矩阵，即满足U
·
U
T
＝I以及V
·
V
T
＝I，Σ∈C
n
×
M
为奇异值矩阵，对角元素满足σ1≥σ2≥...≥σ
p
≥0，p＝min(M,n)，n为重构区域内格网总数；
③
构造线性映射矩阵对A进行最优低秩估计，即选择U和V中前r行构成矩阵U
r
∈C
n
×
r
和V
r
∈C
M
×
r
，选择Σ前r行、前r列构成矩阵Σ
r
∈C
r
×
r
，其中r≤p＝min(M,n)，采用自适应的方式根据能量积累进行确定；
④
定义矩阵A的相似矩阵为对矩阵进行特征值分解计算其特征值λ和特征向量α，即得到和DMD特征值λ对应的DMD模态向量因此有A
·
ψ＝ψ
·
Λ，由此获得由DMD模态向量构造的模态矩阵
ψ。4.根据权利要...
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