一种电离层建模方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电离层建模方法及装置，包括：采用连续性方程根据电离层状态参数构建初始电离层模型；根据卫星监测数据构建电离层的约束条件；通过所述约束条件结合构建好的电离层模型获取高精度电离层模型

【技术实现步骤摘要】
一种电离层建模方法及装置


[0001]本专利技术涉及电离层
，特别涉及一种电离层建模方法及装置
。

技术介绍

[0002]电离层作为日地空间环境的重要组成部分，对卫星导航定位
、
航空航天
、
无线电通信等人类活动有着重要影响
。
目前，全球卫星导航系统
(Global Navigation Satellite System
，
GNSS)
的蓬勃发展导致其已成为电离层探测的主要手段
。
相较于传统电离层探测技术，
GNSS
具有全天候
、
全球覆盖
、
高时空分辨率
、
精度高
、
成本低等优势
。GNSS
电离层监测的准确性与采用的电离层模型直接相关
。
现有电离层函数模型主要是基于多项式
、
球谐函数
、
三角级数等数学方法拟合逼近，未顾及电离层活动的物理特征及规律
。
另外，电离层模型构建主要依赖于基于
GNSS
反演的穿刺点
(Ionospheric Pierce Point
，
IPP)
总电子含量
(Total electron content
，
TEC)。
然而，由于
GNSS
卫星相对地面高速运动，卫星与地面接收机之间视线
(line of sight
，
LOS)
是动态变化的，导致
IPP
位置每个历元都不同，难以实现对同一位置的
TEC
进行连续监测，不同时刻的建模数据一致性较差，致使现有电离层模型拟合精度并不理想
。
在实际应用中，一般采用最小二乘法估计电离层模型系数，其只顾及了综合误差大小，并未考虑单个
IPP
处的拟合精度，可能导致模型的局部拟合偏差较大
。
[0003]在
CN112444825A
中，公开了一种基于北斗
GEO
的电离层
TEC
同化建模方法，包括：利用改进的逐步订正法进行数据同化实验，将
IRI
模型作为先验信息，利用北斗
GEO
电离层
TEC
数据进行逐步订正，再提取国际参考电离层模型
IRI
的
TEC
格网值，利用改进的逐步订正法，将北斗
GEO
电离层
TEC
值同化到
IRI
模型中，并评估其精度
。
通过该方法建立的电离层模型是基于已有的参考模型进行订正得到的，其中并不能反应电离层的物理规律，并使其得到应用
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中现有电离层函数模型精度不足的问题，提供一种能够反映电离层中光化学反应和运输过程两项物理过程，将其引入电离层模型中能够有效顾及电离层活动的物理规律，同时引入北斗同步轨道卫星数据对部分
IPP
处
TEC
的连续监测数据，将同步轨道卫星
IPP
点作为稳定点，建立电离层模型的约束条件，提高电离层
TEC
反演的准确性和电离层扰动探测的灵敏度的电离层建模方法及装置
。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]一种电离层建模方法，包括：
[0007]采用连续性方程根据电离层状态参数构建第一模型，所述电离层状态参数包括电子浓度
、
电子浓度变化率
、
电子损失率以及电子产生率：
[0008]根据卫星监测数据构建电离层的约束条件，所述约束条件为穿刺点电子浓度；
[0009]通过所述约束条件结合构建好的第一模型获取第二模型；
[0010]其中，所述第一模型为初始电离层模型，所述第二模型为高精度电离层模型
。
[0011]优选地，所述构建第一模型还包括：
[0012]根据电离层接收太阳辐射通量值的变化，构建不同太阳时角的第一模型
。
[0013]优选地，所述第一模型包括模型系数，所述模型系数包括：太阳辐射通量系数
、
平方律损失系数
、
线性损失系数以及电子运输损失系数
。
[0014]优选地，所述太阳辐射通量系数为电离层局部区域的平均电离效率
、
平均吸收面积以及平均气体密度的乘积
。
[0015]优选地，所述平方率损失系数为分子型离子的损失系数
。
[0016]优选地，所述线性损失系数为原子型离子的损失系数
。
[0017]优选地，所述电子运输损失系数为单层电离层下，电子或离子平行于地磁经线和地磁纬线运动，所述电子或离子通量的散度
。
[0018]优选地，所述监测数据包括：固定位置的
TEC、
卫星的相位平滑伪距观测值
、
穿刺点的纬度以及卫星的硬件延迟
。
[0019]优选地，通过所述约束条件结合构建好的第一模型获取第二模型包括：
[0020]基于获取的电子浓度数据，结合所述连续性方程，得到第一模型中的模型系数，基于所述模型系数获取第二模型，所述第二模型的函数表达式为：
[0021][0022]其中，
V
表示残差值；
P
为单位权阵；
VTEC
与
V
T
相同，为垂直总电子含量；
B
为穿刺点的纬度；
λ
为太阳时角；
f(B,
λ
)
为所述第一模型；
VTEC
GEO
为卫星穿刺点处的天顶总电子含量；
B
GEO
‑
IPP
为卫星穿刺点的纬度；
L
GEO
‑
IPP
为卫星穿刺点经度
。
[0023]本专利技术的另一方面，还提供以下技术方案：
[0024]一种电离层建模装置，包括处理器
、
网络接口和存储器，所述处理器
、
所述网络接口和所述存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如上述任一项所述的一种电离层建模方法
。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0026]本专利技术提供的一种电离层建模方法，利用连续性方程构建电离层模型，顾及了电离层中电子的产生率
、
损失率和运输过程3个物理过程，能够更准确的描述电离层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电离层建模方法，其特征在于，包括：采用连续性方程根据电离层状态参数构建第一模型，所述电离层状态参数包括电子浓度
、
电子浓度变化率
、
电子损失率以及电子产生率：根据卫星监测数据构建电离层的约束条件，所述约束条件包括穿刺点电子浓度；通过所述约束条件结合构建好的第一模型获取第二模型；其中，所述第一模型为初始电离层模型，所述第二模型为高精度电离层模型
。2.
如权利要求1所述的一种电离层建模方法，其特征在于，所述构建第一模型还包括：根据电离层接收太阳辐射通量值的变化，构建不同太阳时角的第一模型
。3.
如权利要求1所述的一种电离层建模方法，其特征在于，所述第一模型包括模型系数，所述模型系数包括：太阳辐射通量系数
、
平方律损失系数
、
线性损失系数以及电子运输损失系数
。4.
如权利要求3所述的一种电离层建模方法，其特征在于，所述太阳辐射通量系数为电离层局部区域的平均电离效率
、
平均吸收面积以及平均气体密度的乘积
。5.
如权利要求3所述的一种电离层建模方法，其特征在于，所述平方率损失系数为分子型离子的损失系数
。6.
如权利要求3所述的一种电离层建模方法，其特征在于，所述线性损失系数为原子型离子的损失系数
。7.
如权利要求3所述的一种电离层建模方法，其特征在于，所述电子运输损失系数为单层电离层下，电子或离子平行于地磁经线和地磁纬线运动，所述电子或离子通量的散度
。8.
如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国祥，郑子天，梅熙，陈海军，冯威，宋健，赖鸿斌，李涛，张月，唐敏，杨锋，蒋荣乾，刘畅，赵兵，曹体涛，赵龙，胥海燕，孙智虎，周震，张钦文，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：