本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航大氣建模，具體涉及一種基于多層映射函數(shù)的gnss電離層建模方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、地球電離層中存在著大量的自由電子，其作為地球近地空間的重要區(qū)域，電離層一般指的是距離地球表面60?km到2000?km由帶電粒子組成呈現(xiàn)出電中性的區(qū)域，對(duì)gnss信號(hào)引起的時(shí)延可達(dá)數(shù)米到幾百米，是衛(wèi)星定位、導(dǎo)航和授時(shí)pnt服務(wù)中的重要誤差源，在gnss服務(wù)中需要精確處理電離層延遲。隨著gnss數(shù)據(jù)的不斷豐富，對(duì)電離層建模和延遲修正服務(wù)的應(yīng)用需求日益增高。由于電離層是色散介質(zhì)，電離層延遲可以通過(guò)多頻觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行消除。而對(duì)于單頻gnss用戶來(lái)說(shuō)，它需要電離層外部信息來(lái)消除延遲，電離層建模是最常用的方法之一。

2、電離層建模中采用的映射函數(shù)通常為基于電離層單層假設(shè)。電離層電子主要集中在e層和f層中，并主要在f2層峰值高度附近，因此，電離層單層假設(shè)模型認(rèn)定電離層主要集中于一個(gè)薄層，但是，該假設(shè)未考慮電離層水平梯度和垂直結(jié)構(gòu)等時(shí)空特性，電離層單層假設(shè)模型映射函數(shù)為高度角的函數(shù)，當(dāng)電離層電子含量梯度和電子密度較大的時(shí)候，電離層單層假設(shè)高度的不確定性都會(huì)引起映射函數(shù)帶來(lái)較大的誤差，受到電離層水平梯度和電離層平衡條件偏差的影響，電離層單層映射函數(shù)的影響在垂直方向上可能造成數(shù)十米以上的誤差。

3、因此，如何解決現(xiàn)有技術(shù)中的傳統(tǒng)方法的不足之處，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于多層映射函數(shù)的gnss電離層建模方法，包括：

2、步驟s1：根據(jù)多頻非差非組合精密單點(diǎn)定位模糊度固定方法提取電離層的斜總電子含量；

3、步驟s2：構(gòu)建電離層多層映射函數(shù)模型，通過(guò)電離層映射函數(shù)將電離層各個(gè)視線方向上的斜總電子含量轉(zhuǎn)換為電離層垂直總電子含量；

4、步驟s3：根據(jù)所述斜總電子含量和電離層多層映射函數(shù)模型，基于電離層的不同區(qū)域特性構(gòu)建局部電離層模型、區(qū)域電離層模型或全球電離層模型，其中，所述局部電離層模型采用三角級(jí)數(shù)模型，所述三角級(jí)數(shù)模型緯度、經(jīng)度和時(shí)間的函數(shù)；所述區(qū)域電離層模型采用多項(xiàng)式模型，所述多項(xiàng)式模型為緯度差和太陽(yáng)時(shí)差角的多項(xiàng)式函數(shù)；所述全球電離層模型采用球諧系數(shù)模型，所述球諧系數(shù)模型的輸入?yún)?shù)為太陽(yáng)時(shí)角的穿刺點(diǎn)、大地緯度或地磁緯度。

5、在其中一些具體實(shí)施例中，步驟s1包括：以電離層斜延遲誤差為參數(shù)提取電離層的斜總電子含量。

6、在其中一些具體實(shí)施例中，步驟s2包括：

7、所述電離層多層映射函數(shù)模型將電離層垂直結(jié)構(gòu)由chapman剖面模型和疊加在chapman?層上的指數(shù)衰減函數(shù)模型表示，根據(jù)峰值電離高度和大氣尺度高度參數(shù)通過(guò)neustrelitz?峰高模型獲取峰高，根據(jù)neustrelitz?tec模型與neustrelitz峰密度模型來(lái)計(jì)算標(biāo)度高度。

8、在其中一些具體實(shí)施例中，步驟s1包括：

9、通過(guò)使用gnss觀測(cè)值以及衛(wèi)星軌道構(gòu)建函數(shù)模型和隨機(jī)模型，實(shí)現(xiàn)多頻非差非組合浮點(diǎn)解精密單點(diǎn)定位，并組合波長(zhǎng)、噪聲水平、受電離層影響的程度依次固定不同組合形式的模糊度，在依次固定超寬巷、寬巷與n1模糊度后，最終實(shí)現(xiàn)多頻非差非組合精密單點(diǎn)定位模糊度固定，提取電離層的斜總電子含量。

10、在其中一些具體實(shí)施例中，所述球諧系數(shù)模型根據(jù)下式確定：

11、；

12、式中，和分別表示太陽(yáng)時(shí)角的穿刺點(diǎn)的大地緯度或地磁緯度，s表示穿刺點(diǎn)太陽(yáng)時(shí)角，nmax表示球諧函數(shù)最大系數(shù)，和均表示球諧函數(shù)系數(shù)，表示規(guī)化勒讓德函數(shù)，表示經(jīng)典勒讓德函數(shù)，表示kronecher函數(shù)，m，n和o均表示球諧函數(shù)的系數(shù)。

13、為實(shí)現(xiàn)同一發(fā)明目的，本申請(qǐng)還提供了一種基于多層映射函數(shù)的gnss電離層建模系統(tǒng)，包括：

14、電離層斜延遲提取模塊：用于根據(jù)多頻非差非組合精密單點(diǎn)定位模糊度固定方法提取電離層的斜總電子含量；

15、電離層映射函數(shù)模型構(gòu)建模塊：用于構(gòu)建電離層多層映射函數(shù)模型，通過(guò)電離層映射函數(shù)將電離層各個(gè)視線方向上的斜總電子含量轉(zhuǎn)換為電離層垂直總電子含量；

16、電離層模型構(gòu)建模塊：用于根據(jù)所述斜總電子含量和電離層多層映射函數(shù)模型，基于電離層的不同區(qū)域特性構(gòu)建局部電離層模型、區(qū)域電離層模型或全球電離層模型，其中，所述局部電離層模型采用三角級(jí)數(shù)模型，所述三角級(jí)數(shù)模型緯度、經(jīng)度和時(shí)間的函數(shù)；所述區(qū)域電離層模型采用多項(xiàng)式模型，所述多項(xiàng)式模型為緯度差和太陽(yáng)時(shí)差角的多項(xiàng)式函數(shù)；所述全球電離層模型采用球諧系數(shù)模型，所述球諧系數(shù)模型的輸入?yún)?shù)為太陽(yáng)時(shí)角的穿刺點(diǎn)、大地緯度或地磁緯度。

17、在其中一些具體實(shí)施例中，所述電離層斜延遲提取模塊包括：以電離層斜延遲誤差為參數(shù)提取電離層的斜總電子含量。

18、在其中一些具體實(shí)施例中，所述電離層多層映射函數(shù)模型將電離層垂直結(jié)構(gòu)由chapman剖面模型和疊加在?chapman?層上的指數(shù)衰減函數(shù)模型表示，根據(jù)峰值電離高度和大氣尺度高度參數(shù)通過(guò)neustrelitz?峰高模型獲取峰高，根據(jù)neustrelitz?tec模型與neustrelitz峰密度模型來(lái)計(jì)算標(biāo)度高度。

19、在其中一些具體實(shí)施例中，所述電離層斜延遲提取模塊包括：

20、通過(guò)使用gnss觀測(cè)值以及衛(wèi)星軌道構(gòu)建函數(shù)模型和隨機(jī)模型，實(shí)現(xiàn)多頻非差非組合浮點(diǎn)解精密單點(diǎn)定位，并組合波長(zhǎng)、噪聲水平、受電離層影響的程度依次固定不同組合形式的模糊度，在依次固定超寬巷、寬巷與n1模糊度后，最終實(shí)現(xiàn)多頻非差非組合精密單點(diǎn)定位模糊度固定，提取電離層的斜總電子含量。

21、在其中一些具體實(shí)施例中，所述球諧系數(shù)模型根據(jù)下式確定：

22、；

23、式中，和分別表示太陽(yáng)時(shí)角的穿刺點(diǎn)的大地緯度或地磁緯度，s表示穿刺點(diǎn)太陽(yáng)時(shí)角，nmax表示球諧函數(shù)最大系數(shù)，和均表示球諧函數(shù)系數(shù)，表示規(guī)化勒讓德函數(shù)，表示經(jīng)典勒讓德函數(shù)，表示kronecher函數(shù)，m，n和o均表示球諧函數(shù)的系數(shù)。

24、上述技術(shù)方案的有益效果：

25、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于多層映射函數(shù)的gnss電離層建模方法和系統(tǒng)，有效減少了電離層映射誤差的影響，考慮了電離層vtec和空間高度的相關(guān)性等問(wèn)題，可以明顯提高電離層建模的精度，可滿足不同用戶高精度電離層改正信息的需求。

技術(shù)特征：

1.一種基于多層映射函數(shù)的gnss電離層建模方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多層映射函數(shù)的gnss電離層建模方法，其特征在于，步驟s1包括：以電離層斜延遲誤差為參數(shù)提取電離層的斜總電子含量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多層映射函數(shù)的gnss電離層建模方法，其特征在于，步驟s2包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多層映射函數(shù)的gnss電離層建模方法，其特征在于，步驟s1包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多層映射函數(shù)的gnss電離層建模方法，其特征在于，所述球諧系數(shù)模型根據(jù)下式確定：

6.一種基于多層映射函數(shù)的gnss電離層建模系統(tǒng)，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多層映射函數(shù)的gnss電離層建模系統(tǒng)，其特征在于，所述電離層斜延遲提取模塊包括：以電離層斜延遲誤差為參數(shù)提取電離層的斜總電子含量。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多層映射函數(shù)的gnss電離層建模系統(tǒng)，其特征在于，所述電離層多層映射函數(shù)模型將電離層垂直結(jié)構(gòu)由chapman剖面模型和疊加在?chapman?層上的指數(shù)衰減函數(shù)模型表示，根據(jù)峰值電離高度和大氣尺度高度參數(shù)通過(guò)neustrelitz?峰高模型獲取峰高，根據(jù)neustrelitz?tec模型與neustrelitz峰密度模型來(lái)計(jì)算標(biāo)度高度。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多層映射函數(shù)的gnss電離層建模系統(tǒng)，其特征在于，所述電離層斜延遲提取模塊包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多層映射函數(shù)的gnss電離層建模系統(tǒng)，其特征在于，所述全球電離層模型的球諧系數(shù)模型根據(jù)下式確定：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航大氣建模技術(shù)領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種基于多層映射函數(shù)的GNSS電離層建模方法和系統(tǒng)，其中，該方法包括：根據(jù)多頻非差非組合精密單點(diǎn)定位模糊度固定方法提取電離層的斜總電子含量；構(gòu)建電離層多層映射函數(shù)模型，通過(guò)電離層映射函數(shù)將電離層各個(gè)視線方向上的斜總電子含量轉(zhuǎn)換為電離層垂直總電子含量；根據(jù)斜總電子含量和電離層多層映射函數(shù)模型，基于電離層的不同區(qū)域特性通過(guò)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建局部電離層模型、區(qū)域電離層模型或全球電離層模型。

技術(shù)研發(fā)人員：蘇珂,高鵬,胡華全,冼甜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)人民解放軍軍事航天部隊(duì)航天工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15