一种利用制造技术

一种利用

【技术实现步骤摘要】
一种利用GNSS观测数据估计电离层foF2的方法


[0001]本专利技术属于太空环境态势感知领域，特别涉及该领域中的一种利用
GNSS
观测数据估计电离层
foF2
的方法
。

技术介绍

[0002]电离层是日地空间的重要组成部分，会对穿越其中的无线电波产生折射
、
反射
、
散射和吸收等效应，是卫星通信
、
短波通信
、
卫星导航定位
、
雷达测控
、SAR
遥感侦查最为重要的误差来源之一
。
电离层
F2
层临界频率
foF2
是无线电波从地面垂直向上发射可能会被
F2
层反射回地球的最高频率，它对短波及以上频段的无线电信号传播具有重要影响，准确的确定电离层
foF2
参量是地
‑
空无线电信息系统穿越电离层环境的链路设计和短波通信最优选频的重要依据之一
。
[0003]目前，
foF2
主要是从电离层垂测仪的电离图上通过判读的方式获取
。
然而，电离层垂测仪存在架设和维护费用昂贵，台站数量稀少
、
台站分布稀疏
、
有源探测容易导致电磁污染等缺点，导致提取
foF2
数据的成本高昂，此外，由于电磁干扰或电离层吸收
、
扩散等现象的存在，垂测仪得到的
foF2
>容易缺失
。
因此，需要寻找更加便利的方法来获取测高仪难以覆盖区域的
foF2。
[0004]利用全球导航卫星系统
(GNSS)
信号探测电离层，具有覆盖面广，观测连续，实时性强，分辨率好，测量精度高，简单方便以及不受天气影响等优点，已成为当前观测研究电离层结构与变化和电离层空间天气的一种广泛应用的重要手段
。
目前，包括
GPS、BDS、GLONASS、GALILEO、QZSS
等在内的
GNSS
星座覆盖全球，能保证地面任何位置
24
小时连续观测；
GNSS
接收机遍布世界各地且站点密集，数量远大于测高仪，相较于电离层垂测仪，可以使用数量庞大
、
站点密集的
GNSS
接收机观测数据获得的总电子含量
(TEC)
来估计
foF2。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种利用
GNSS
观测数据估计电离层
foF2
的方法
。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种利用
GNSS
观测数据估计电离层
foF2
的方法，其改进之处在于，包括如下步骤：
[0008]步骤1，获取历史观测的太阳
、
地磁指数：
[0009]步骤
11
，下载太阳
F10.7、
地磁
Dst
和
Kp
指数，数据时间跨度不小于
11
年；
[0010]步骤
12
，从太阳
、
地磁数据中，提取观测时刻
、Dst
和
Kp
参量，同时计算
F10.7P
指数：
[0011][0012]上式中，
F10.7A
表示
F10.7
的
81
天滑动均值；
[0013]步骤
13
，识别
F10.7P、Dst
和
Kp
存在空缺的数值，采用线性插值算法，对空缺数值进行插值；
[0014]步骤
14
，输出观测时刻
、F10.7P、Dst
和
Kp
到文本文件中；
[0015]步骤2，从历史观测的电离层垂测仪数据中提取电离层
foF2
：
[0016]步骤
21
，下载全球电离层无线电观测台电离层垂测仪自动判读数据，数据时间跨度不小于
11
年，台站数量不小于
40
个；
[0017]步骤
22
，从电离层垂测仪数据中，提取测高仪坐标
、
观测时刻
、
自动判读置信分和电离层
F2
层临界频率
foF2
；
[0018]步骤
23
，删除自动判读置信分
(Confidence Score
，
CS)
低于
75
的垂测数据；
[0019]步骤
24
，输出步骤
23
处理后的电离层垂测数据到文本文件中，所述的电离层垂测数据包括测高仪经度
、
纬度坐标
、
观测时刻和电离层
foF2
；
[0020]步骤3，从历史观测的
GNSS
数据中提取电离层垂直
TEC
：
[0021]步骤
31
，下载历史
GNSS
观测数据，数据时间跨度与步骤
11
一致；
[0022]步骤
32
，筛选
GNSS
数据，要求
GNSS
台站位置与垂测仪坐标之间的大圆距离
θ
gs
小于
1.5
°
，
θ
gs
的计算公式如下：
[0023][0024]上式中，
λ
g
分别是
GNSS
接收机的纬度和经度；
λ
s
分别是垂测仪的纬度和经度；
[0025]步骤
33
，利用
GNSS
数据提取每条接收机
‑
GNSS
卫星链路的
STEC
，然后计算穿刺点的垂直
TEC
，计算公式如下：
[0026][0027]上式中：
VTEC
表示垂直
TEC
，
R
e
表示地球半径，
E
表示接收机与
GNSS
卫星间的仰角，
H
ion
表示穿刺点高度；
[0028]步骤
34
，计算
GNSS
台站上空的垂直
TEC
，计算公式如下：
[0029][0030]上式中：
VTEC
eff
表示
G本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种利用
GNSS
观测数据估计电离层
foF2
的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，获取历史观测的太阳
、
地磁指数：步骤
11
，下载太阳
F10.7、
地磁
Dst
和
Kp
指数，数据时间跨度不小于
11
年；步骤
12
，从太阳
、
地磁数据中，提取观测时刻
、Dst
和
Kp
参量，同时计算
F10.7P
指数：上式中，
F10.7A
表示
F10.7
的
81
天滑动均值；步骤
13
，识别
F10.7P、Dst
和
Kp
存在空缺的数值，采用线性插值算法，对空缺数值进行插值；步骤
14
，输出观测时刻
、F10.7P、Dst
和
Kp
到文本文件中；步骤2，从历史观测的电离层垂测仪数据中提取电离层
foF2
：步骤
21
，下载全球电离层无线电观测台电离层垂测仪自动判读数据，数据时间跨度不小于
11
年，台站数量不小于
40
个；步骤
22
，从电离层垂测仪数据中，提取测高仪坐标
、
观测时刻
、
自动判读置信分和电离层
F2
层临界频率
foF2
；步骤
23
，删除自动判读置信分低于
75
的垂测数据；步骤
24
，输出步骤
23
处理后的电离层垂测数据到文本文件中，所述的电离层垂测数据包括测高仪经度
、
纬度坐标
、
观测时刻和电离层
foF2
；步骤3，从历史观测的
GNSS
数据中提取电离层垂直
TEC
：步骤
31
，下载历史
GNSS
观测数据，数据时间跨度与步骤
11
一致；步骤
32
，筛选
GNSS
数据，要求
GNSS
台站位置与垂测仪坐标之间的大圆距离
θ
gs
小于
1.5
°
，
θ
gs
的计算公式如下：上式中，
λ
g
分别是
GNSS
接收机的纬度和经度；
λ
s
分别是垂测仪的纬度和经度；步骤
33
，利用
GNSS
数据提取每条接收机
‑
GNSS
卫星链路的
STEC
，然后计算穿刺点的垂直
TEC
，计算公式如下：上式中：
VTEC
表示垂直
TEC
，
R
e
表示地球半径，
E
表示接收机与
GNSS
卫星间的仰角，
H
ion
表示穿刺点高度；步骤
34
，计算
GNSS
台站上空的垂直
TEC
，计算公式如下：上式中：
VTEC
eff
表示
GNSS
台站上空的垂直
TEC
，
λ1表示加权系数，
M
表示穿刺点个数，加权系数与穿刺点和台站位置的距离成反比；步骤
35
，输出观测时刻
、
台站位置和
VTEC
eff
，并存储到文本文件中；
步骤4，机器学习获取太阳
、
地磁指数
、
电离层
TEC
与
foF2
的关联性：步骤
41
，选择年积日
DOY、
地方时
LT、
地理纬度地磁纬度地理经度
λ
、F10.7P
指数
、Kp
指数和
...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧明，张宇航，陈亮，陈龙江，吴家燕，王妍，董翔，朱庆林，甄卫民，刘钝，陈丽，
申请(专利权)人：中国电波传播研究所中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：