CN106226785A - 电离层异常监测模型建立方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电离层异常监测模型建立方法和装置，该方法包括：获取预设区域中参考站总数和每个参考站的位置信息；根据参考站总数和每个参考站的位置信息，确定预设区域的区域类别；根据预设区域的区域类别，确定预设区域的目标参考站对和目标参考站；计算每个目标参考站对应的电离层延迟原始数据；计算每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据；根据每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据，计算每个目标参考站对对应的电离层梯度；对每个目标参考站对对应的异常电离层梯度进行统计，并建立预设区域的电离层异常监测模型。提高了电离层梯度的统计准确率，进而提高了建立电离层异常监测模型的准确率。

Description

电离层异常监测模型建立方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种电离层异常监测模型建立方法和装置。

背景技术

电离层异常是影响卫星导航增强系统完好性性能的主要因素。国内外很多学者开展了各种关于电离层异常监测模型的建立方法的研究。主要有空基增强系统电离层异常监测方法、星基增强系统电离层异常监测方法、地基增强系统电离层异常监测方法。

在地基增强系统电离层异常监测方法中最典型的为美国联邦航空局开发的局域增强系统。该局域增强系统是美国利用连续运行参考站和广域增强系统参考站的数据建立的。

由于每个区域的电离层活动强度不同，所具有的参考站的数量和位置分布也不尽相同。如果将局域增强系统直接应用到各个区域，按照同一模式不对参考站进行选择地对电离层梯度进行统计，将导致所统计出的电离层梯度不准确，由统计出的电离层梯度建立的电离层异常监测模型也不准确。

发明内容

本发明实施例提供一种电离层异常监测模型建立方法，解决了现有技术中统计出的电离层梯度不准确，由统计出的电离层梯度建立的电离层异常监测模型也不准确的技术问题。

本发明实施例提供一种电离层异常监测模型建立方法，包括：

获取预设区域中参考站总数和每个参考站的位置信息；

根据所述参考站总数和每个参考站的位置信息，确定所述预设区域的区域类别；

根据所述预设区域的区域类别，确定所述预设区域的目标参考站对和目标参考站；

计算每个目标参考站对应的电离层延迟原始数据；

计算每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据；

根据每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据，计算每个目标参考站对对应的电离层梯度；

对每个目标参考站对对应的异常电离层梯度进行统计，并建立所述预设区域的电离层异常监测模型。

本发明实施例提供一种电离层异常监测模型建立装置，包括：

获取模块，用于获取预设区域中参考站总数和每个参考站的位置信息；

确定模块，用于根据所述参考站总数和每个参考站的位置信息，确定所述预设区域的区域类别；

所述确定模块，还用于根据所述预设区域的区域类别，确定所述预设区域的目标参考站对和目标参考站；

计算模块，用于计算每个目标参考站对应的电离层延迟原始数据；

所述计算模块，还用于计算每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据；

所述计算模块，还用于根据每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据，计算每个目标参考站对对应的电离层梯度；

建立模块，用于对每个目标参考站对对应的异常电离层梯度进行统计，并建立所述预设区域的电离层异常监测模型。

本发明实施例提供一种电离层异常监测模型建立方法和装置，通过获取预设区域中参考站总数和每个参考站的位置信息；根据参考站总数和每个参考站的位置信息，确定预设区域的区域类别；根据预设区域的区域类别，确定预设区域的目标参考站对和目标参考站；计算每个目标参考站对应的电离层延迟原始数据；计算每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据；根据每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据，计算每个目标参考站对对应的电离层梯度；对每个目标参考站对对应的异常电离层梯度进行统计，并建立预设区域的电离层异常监测模型。由于确定预设区域的区域类别，根据区域类别确定目标参考站对和目标参考站，基于目标参考站对计算异常电离层梯度，所以提高了电离层梯度的统计准确率，进而提高了建立电离层异常监测模型的准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明电离层异常监测模型建立方法实施例一的流程图；

图2为本发明电离层异常监测模型建立方法实施例二的流程图；

图3为本发明实施例二中的步骤202的流程示意图；

图4为本发明实施例二中的步骤204的流程示意图；

图5为本发明实施例二中的步骤205的流程示意图；

图6为本发明电离层异常监测模型建立装置实施例一的结构示意图；

图7为本发明电离层异常监测模型建立装置实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

图1为本发明电离层异常监测模型建立方法实施例一的流程图，如图1所示，本实施例提供的执行主体为电离层异常监测模型建立装置，该电离层异常监测模型建立装置可以集成在计算机或服务器中，则本实施例提供的电离层异常监测模型建立方法包括以下几个步骤。

步骤101，获取预设区域中参考站总数和每个参考站的位置信息。

具体地，本实施例中，预设区域可以为整个国家区域，或者是某一国家的省市区域，或者是某一省市的某一特定区域，本实施例中对此不做限定。

本实施例中，可根据每个参考站中的接收机中的观测文件获取接收机和卫星之间的距离，并且根据接收机中的导航文件获取当前的卫星位置。根据接收机和卫星之间的距离以及当前的卫星位置，计算出接收机的位置。该接收机的位置信息即为对应的参考站的位置信息。

步骤102，根据参考站总数和每个参考站的位置信息，确定预设区域的区域类别。

进一步地，本实施例中，根据每个参考站的位置信息，可分别计算任意两个参考站之间的基线长度。根据任意两个参考站之间的基线长度，确定第一参考站对的对数N和第二参考站对的对数M；

其中，第一参考站对中每个参考站对包括两个参考站，在第二参考站对中每个参考站对包括至少三个参考站；在每个第一参考站对中的参考站之间的基线长度均满足预设基线长度范围，在每个第二参考站对中的参考站之间的基线长度均满足预设基线长度范围。

举例说明为：第一参考站对的对数N的大小为4，即在第一参考站对包括四个参考站对，这四个参考站对分别为：参考站A与参考站B、参考站B与参考站C、参考站C与参考站D、参考站D与参考站A；每个参考站对的两个参考站之间的基线长度均满足预设基线长度范围。第二参考站对的对数M的大小为1，即在第二参考站对中包括一个参考站对，该一个参考站对中的参考站为3个，分别为参考站A、参考站B和参考站C。参考站A与参考站B之间的基线长度满足预设基线长度范围，参考站A与参考站C之间满足预设基线长度范围，参考站B与参考站C之间也满足预设基线长度范围。

其中，预设基线长度范围可以为10-100km，也可以为其他适宜数值，如也可以为20-120km，本实施例中对此不做限定。

本实施例中，根据参考站总数以及第一参考站对的对数N，可确定预设区域是否为第一区域。若确定预设区域不为第一区域，则根据参考站总数，第一参考站对的对数N以及第二参考站对的对数M，可确定预设区域是否为第二区域。其中，第一区域可表示为大区域，第二区域可表示为小区域。

步骤103，根据预设区域的区域类别，确定预设区域的目标参考站对和目标参考站。

具体地，本实施例中，若预设区域的区域类别为第一区域，则预设区域的目标参考站对为第一参考站对，在每个第一参考站对中的参考站为目标参考站。若预设区域的区域类别为第二区域，则预设区域的目标参考站对为第二参考站对，在每个第二参考站对中的参考站为目标参考站。

步骤104，计算每个目标参考站对应的电离层延迟原始数据。

具体地，本实施例中，可根据每个目标参考站中的接收机中的观测文件中的数据计算对应的电离层延迟原始数据。

本实施例中，在计算每个目标参考站对应的电离层原始数据包括：码电离层延迟数据、相位电离层延迟数据和单频电离层延迟数据。

步骤105，计算每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据。

本实施例中，通过对每个目标参考站对应的电离层原始数据进行处理，获取每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据。

本实施例中，可对每个目标参考站对应的电离层延迟原始数据中的相位电离层延迟数据进行处理，以获得每个目标参考站对应的相位电离层延迟数据的真实数据。

其中，对每个目标参考站对应的电离层延迟原始数据中的相位电离层延迟数据处理依次包括：周跳检测处理，短弧度去除处理与子弧度合并处理，野值检测与野值去除处理。

其中，对每个目标参考站对应的电离层延迟原始数据中的码电离层延迟数据进行处理包括：对码电离层延迟数据进行野值检测和去除。

根据上述对每个目标参考站对应的电离层延迟原始数据进行处理后的数据，计算平滑参数，并根据平滑参数，去除接收机内频偏差和卫星的内频偏差，以获得每个目标参考站对应的电离层延时的真实数据。

步骤106，根据每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据，计算每个目标参考站对对应的电离层梯度。

具体地，本实施中，可根据式(1)计算每个目标参考站对对应的电离层梯度。

$\▿I_{\mathrm{\φ}}\left(t\right)=\frac{|I_{\mathrm{\φ}i}^{\′\′\′}\left(t\right)-I_{\mathrm{\φ}j}^{\′\′\′}\left(t\right)|}{\left|\right|x_i-x_j\left|\right|}---\left(1\right)$

其中，x_i和x_j是在目标参考站对中两个参考站的位置矢量。I_φi"′(t)和I_φj"′(t)为目标参考站对中两个参考站的相位电离层延迟真实数据。

步骤107，对每个目标参考站对对应的异常电离层梯度进行统计，并建立预设区域的电离层异常监测模型。

具体地，可计算每个时刻每个目标参考站对对应的电离层梯度。采集每个时刻每个目标参考站对能够观测到的卫星的仰角，根据卫星仰角的变化统计对应的电离层梯度，获取异常电离层梯度，进而建立电离层异常监测模型。

其中，异常电离层梯度为超过合理电离层梯度阈值的电离层梯度。

本实施例提供的电离层异常监测模型的建立方法，包括：获取预设区域中参考站总数和每个参考站的位置信息；根据参考站总数和每个参考站的位置信息，确定预设区域的区域类别；根据预设区域的区域类别，确定预设区域的目标参考站对和目标参考站；计算每个目标参考站对应的电离层延迟原始数据；计算每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据；根据每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据，计算每个目标参考站对对应的电离层梯度；对每个目标参考站对对应的异常电离层梯度进行统计，并建立预设区域或第二区域的电离层异常监测模型。由于在建立预设区域的电离层异常监测模型的过程中，根据区域类型的不同，采用的目标参考站也不相同，基于目标参考站对计算异常电离层梯度，所以提高了电离层梯度的统计准确率，进而提高了建立电离层异常监测模型的准确率。

图2为本发明电离层异常监测模型建立方法实施例二的流程图，如图2所示，本实施例提供的执行主体为电离层异常监测模型建立装置，该电离层异常监测模型建立装置可以集成在计算机或服务器中，本实施例相对于实施例一，为一个更为优选的实施例，则本实施例提供的电离层异常监测模型建立方法包括以下几个步骤。

步骤201，获取预设区域中参考站总数和每个参考站的位置信息。

本实施例中，步骤201的实现方式和本发明实施例一中的步骤101的实现方式相同，在此不再一一赘述。

步骤202，根据参考站总数和每个参考站的位置信息，确定预设区域的区域类别。

进一步地，本实施例中，图3为本发明实施例二中的步骤202的流程示意图，如图3所示，本实施例中，步骤202具体包括以下步骤。

步骤202a，根据每个参考站的位置信息，确定第一参考站对的对数N和第二参考站对的对数M。

其中，每个第一参考站对中包括两个参考站，每个第二参考站对中包括至少三个参考站，在每个第一参考站对中的参考站之间的基线长度均满足预设基线长度范围，在每个第二参考站对中的参考站之间的基线长度均满足预设基线长度范围。

步骤202b，判断第一参考站对的对数N是否大于参考站总数的一半，且参考站总数大于T1，若是，则执行步骤202c，否则，则执行步骤202d。

进一步地，本实施例中，判断第一参考站对的对数N是否大于参考站总数的一半，并且判断参考站总数是否大于T1，若是，则说明该预设区域为第一区域，第一区域表示一个较大的区域。若不是，则说明该预设区域不为第一区域，则进一步对预设区域进行判断，判断该预设区域是否为第二区域，第二区域表示一个较小的区域。

步骤202c，确定所述预设区域为第一区域。

步骤202d，判断参考站总数是否小于T₁，并且第一参考站对的对数N是否大于T₂并且第二参考站对的对数M是否大于等于T₂/3，若是，则执行步骤202e，否则，则结束。

本实施例中，T₁的取值可以为10，T₂的取值可以为3。但本实施例中，对T₁和T₂的取值并不限定。如T₁的取值也可以为12，T₂的取值为6等。

步骤202e，确定所述预设区域为第二区域。

步骤203，根据预设区域的区域类别，确定预设区域的目标参考站对和目标参考站。

本实施例中，步骤203的实现方式与本发明实施例一中的步骤103的实现方式相同，在此不再一一赘述。

步骤204，计算每个目标参考站对应的电离层延迟原始数据。

进一步地，本实施例中，图4为本发明实施例二中的步骤204的流程示意图，如图4所示，步骤204可分为以下几个步骤进行。

步骤204a，从每个目标参考站的接收机的观测文件中提取双频载波信号的码测量值和相位测量值。

具体地，本实施例中，在每个目标参考站的接收机的观测文件中提取双频载波信号的码测量值可表示为式(2)和式(3)所示，在每个目标参考站的接收机的观测文件中提取双频载波信号的相位测量值可表示为式(4)和式(5)所示

${\mathrm{\ρ}}_{B1}=r_i^k+I_i^k+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ρ}1}---\left(2\right)$

${\mathrm{\ρ}}_{B2}=r_i^k+{\mathrm{\γI}}_i^k+c({\mathrm{IFB}}_i+{\mathrm{\τ}}_{gd}^k)+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ρ}2}---\left(3\right)$

${\mathrm{\φ}}_{B1}=r_i^k-I_i^k+N_{B1}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\φ}1}---\left(4\right)$

${\mathrm{\φ}}_{B2}=r_i^k-{\mathrm{\γI}}_i^k-c({\mathrm{IFB}}_i+{\mathrm{\τ}}_{gd}^k)+N_{B2}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\φ}2}---\left(5\right)$

其中，r_i ^k表示接收机i与卫星k的几何距离，表示接收机i与卫星k的电离层延迟的原始值，ε_ρi表示码测量值下的第i个频率载波信号的热噪声。ε_φi表示相位测量值下的第i个频率载波信号的热噪声，ε_ρi表示码测量值下的第i个频率载波信号的热噪声，IFB_i表示接收机i的内频偏差，表示卫星k的内频偏差，N_Bi表示Bi信号的整周模糊度，c为光速。

其中，

$\mathrm{\γ}=\frac{f_{B1}^2}{f_{B2}^2}---\left(6\right)$

f_B1为B1频率载波信号的频率，f_B2为B2频率载波信号的频率。

其中，式(2)、式(3)、式(4)和式(5)分别为各个公式的表达式。

步骤204b，根据双频载波信号的码测量值和相位测量值，计算每个目标参考站对应的码电离层延迟原始数据、相位电离层延迟原始数据及单频电离层延时原始数据。

进一步地，根据双频载波信号的码测量值，计算每个目标参考站对应的码电离层延迟原始数据，可表示为式(7)所示。

$I_{\mathrm{\ρ}}^k=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{B2}-{\mathrm{\ρ}}_{B1}}{\mathrm{\γ}-1}=I+\frac{c}{\mathrm{\γ}-1}({\mathrm{IFB}}_i+{\mathrm{\τ}}_{gd}^k)+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ρ}}---\left(7\right)$

进一步地，根据双频载波信号的相位测量值，计算每个目标参考站对应的相位电离层延迟原始数据，可表示为式(8)所示。

$I_{\mathrm{\φ}}^k=\frac{{\mathrm{\φ}}_{B1}-{\mathrm{\φ}}_{B2}}{\mathrm{\γ}-1}=I+\frac{c}{\mathrm{\γ}-1}({\mathrm{IFB}}_i+{\mathrm{\τ}}_{gd}^k)+\frac{N_{B1}-N_{B2}}{\mathrm{\γ}-1}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\φ}}---\left(8\right)$

进一步地，根据B1频率载波信号的码测量值和相位测量值，计算每个目标参考站对应的单频电离层延迟延时数据，可表示为式(9)所示。

$I_{CMC}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{B1}-{\mathrm{\φ}}_{B1}}{2}=I-\frac{N_{B1}}{2}+{\mathrm{\ϵ}}_{CMC}---\left(9\right)$

其中，式(7)、式(8)和式(9)中的第一个等号后的公式为原始数据的计算公式，第二个等号后面的公式为原始数据的另一表达式。其中，ε_CMC表示单频电离层延迟原始数据下的热噪声。

步骤205，计算每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据。

图5为本发明实施例二中的步骤205的流程示意图，如图5所示，本实施例中的步骤205可分为以下几个步骤进行。

需要说明的是，本实施例中，步骤205中每一步均为针对每个目标参考站所进行的步骤。

步骤205a，对每个目标参考站对应的相位电离层延迟原始数据和单频电离层延迟原始数据分别进行周跳检测，对发生周跳的原始数据进行短弧度去除和子弧度合并处理。

具体地，本实施例中，可同时采用以下三种方式检测原始数据中是否具有周跳。第一种方式为：从观测文件中查看原始数据中是否具有LL1标记，若具有LL1标志，则表示该原始数据具有LL1标记的位置发生了周跳。第二种方式为：查看原始数据中是否出现了数据中断，若出现了数据中断，则表示出现数据中断的位置发生了周跳。第三种方式为：判断相邻数据的伪距差是否大于第一预设门限值，若是，则表示两个相邻数据间发生了周跳。其中第一预设门限值可以为2.5米，也可以为其他合理的数值。

通过上述三种方式同时判断原始数据是否发生周跳。可防止对周跳检测的遗漏。

本实施例中，在原始数据发生周跳后，判断发生周跳后的数据是否具有短弧度，若发生周跳后的数据中含有包含少于10个数据或者300s的数据弧度，则认为该数据为短弧度。对该短弧度进行去除。

本是实施例中，去除短弧度后，剩余多个子弧度，判断两个相邻子弧度的前一子弧度拟合后的最后一个数据和后一个子弧度拟合后的第一个数据之间的差是否小于0.8米，若是，则该两个相邻子弧度为连续弧度，对该相邻的两个子弧度进行合并。

若某子弧度包含多于10个数据或者300s的数据，则该子弧度也为一个连续弧度。

步骤205b，对每个目标参考站对应的相位电离层延迟原始数据和单频电离层延迟原始数据进行野值检测和去除处理。

进一步地，本实施例中，对每个目标参考站对应的相位电离层延迟原始数据和单频电离层延迟原始数据进行短弧度去除和子弧度合并处理后，进行野值检测，若检测出具有野值，则对该野值进行去除处理。

本步骤中以相位电离层延迟原始数据的野值检测和去除为例进行说明。单频电离层延迟原始数据进行野值检测和去除处理方式与相位电离层延迟原始数据的野值检测和去除方式相似，在此不再一一赘述。

具体地，本实施例中，首先计算连续弧度合并后的相位电离层延迟数据与连续弧度多项式拟合后的相位电离层延时数据的差值R(t_i)，表示为式(10)所示：

R_φ(t_i)＝I′_φ(t_i)-P_φ,fit(t_i) (10)

其中，I_φ′(t_i)为连续弧度合并后t_i时刻的相位电离层延迟数据，P_φ,fit(t_i)为对相位的连续弧度多项式拟合后的t_i时刻的相位电离层延迟数据。

其次，对相邻时间连续弧度合并后的相位电离层延迟数据与连续弧度多项式拟合后的相位电离层延时数据的差值再次做差，表示为式(11)所示：

$\▿R_{\mathrm{\φ}}\left(t_i\right)=R_{\mathrm{\φ}}\left(t_i\right)-R_{\mathrm{\φ}}\left(t_{i-1}\right)---\left(11\right)$

再次，找出最大的数据点。最大的数据点为该连续弧度中的最大的数据点。

然后，计算电离层延迟的野值因子，表示为式(11)所示：

$OF\left(t_p\right)=\underset{q\∈adjacent}{\Σ}{w}_{pq}\·|I_P^{\′\′}-I_q^{\′\′}|---\left(12\right)$

$OF\left(t_p\right)=\underset{q\∈adjacent}{\Σ}{w}_{pq}\·|I_p^{\′}-I_q^{\′}|$

其中，I'_p和I'_q是t_p和t_q时刻的进行连续弧度合并后的相位电离层延迟的数据，w是两个数据点之间的权重，adjacent包含以t_p为中心的15分钟内所有的数据点。

需要说明的是，对第一数据点的处理时，由于没有第零个时刻对应的野值去除后的相位电离层延迟的数据，所以t_p时刻的I″_P为第一时刻的进行野值去除后的相位电离层延迟的数据，t_q时刻的I"_q为第一时刻以后，15分钟内的进行野值去除后的相位电离层延迟的数据。

最后，判断最大的数据点的电离层延迟的野值因子是否最大，若是，则确定这个数据点的值为野值，对该值进行去除。

步骤205c，对每个目标参考站对应的码电离层延迟原始数据进行野值检测和去除处理。

具体地，本实施例中，首先，对码电离层延迟原始数据中的连续子弧度进行合并，合并方式为多项式拟合。计算连续弧度合并处理后的码电离层延迟原始数据与连续弧度多项式拟合处理后的码位电离层延时数据的差值R(t_i)，可表示为式(13)所示。

R_ρ(t_i)＝I_ρ′(t_i)-P_ρ，fit(t_i) (13)

其中，I_ρ′(t_i)为连续弧度合并后t_i时刻的码电离层原始数据，P_ρ，fit(t_i)为对连续弧度进行多项式拟合后的t_i时刻的码电离层数据。

然后，对相邻时间连续弧度合并后的码电离层延迟原始数据与连续弧度合并处理后的码电离层延时数据的差值再次做差，表示为式(14)所示。

$\▿R_{\mathrm{\ρ}}\left(t_i\right)=R_{\mathrm{\ρ}}\left(t_i\right)-R_{\mathrm{\ρ}}\left(t_{i-1}\right)---\left(14\right)$

最后，找到大于第二预设门限的数据点，该数据点的值为野值，进行去除。其中第二预设门限值为10m，但并不对第二预设门限值进行限定。

步骤205d，对每个目标参考站对应的平滑参数的计算。

进一步地，本实施例中，可采用式(15)，对相位电离层延迟数据的平滑参数进行计算。

$L_{\mathrm{\φ}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\left(I_{\mathrm{\ρ}}^{\′\′}\right(t_i)-I_{\mathrm{\φ}}^{\′\′}(t_i\left)\right){\sin }^2{\mathrm{el}}_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\sin }^2{\mathrm{el}}_i}---\left(15\right)$

其中，el_i表示卫星表示卫星在i时刻的仰角，I"_ρ(t_i)表示t_i时刻进行野值去除后的码电离层延迟的数据，I"_φ(t_i)表示t_i时刻进行野值去除后的相位电离层延迟的数据。

采用式(16)对单频电离层延迟数据的平滑参数进行计算。

$L_{CMC}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\left(I_{\mathrm{\ρ}}^{\′\′}\right(t_i)-I_{CMC}^{\′\′}(t_i\left)\right){\sin }^2{\mathrm{el}}_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\sin }^2{\mathrm{el}}_i}---\left(16\right)$

其中，I"_CMC(t_i)t_i时刻进行野值去除后的单频电离层延迟的数据。

步骤205e，对每个目标参考站平滑后的相位电离层延迟数据和单频电离层数据进行计算。

具体地，平滑后的相位电离层延迟数据表示为式(17)所示，平滑后的单频的相位电离层延迟数据表示为式(18)所示：

$I_{\mathrm{\φ}\_leveled}=I_{\mathrm{\φ}}^{\′\′}+L=I_{\mathrm{\φ}}^{\′\′\′}+\frac{c}{\mathrm{\γ}-1}(IFB+{\mathrm{\τ}}_{gd})---\left(17\right)$

$I_{CMC\_leveled}=I_{CMC}^{\′\′}+L=I_{CMC}^{\′\′\′}+\frac{c}{\mathrm{\γ}-1}(IFB+{\mathrm{\τ}}_{gd})---\left(18\right)$

其中为了减少多径效应，只采用仰角大于10度的平滑系数进行平滑后的相位电离层延迟数据。

其中，式(17)中I_φ″表示进行野值去除后的相位电离层延迟数据；I_φ"′表示相位电离层延迟真实数据，第一个等号后面的公式为平滑后的相位电离层延迟数据的计算公式，第二个等号后面的公式为平滑后的相位电离层延迟数据的表达公式。

式(18)中I"_CMC表示进行野值去除后的相位电离层延迟数据；I"′_CMC表示相位电离层延迟真实数据，第一个等号后面的公式为平滑后的单频电离层延迟数据的计算公式，第二个等号后面的公式为平滑后的单频电离层延迟数据的表达公式。

步骤205f，对每个目标参考站对应的平滑后的相位电离层延迟数据中的卫星的内频偏差和接收机的内频偏差进行获取。

具体地，本实施例中，可根据观测文件获得。

在获得后，在式(17)中，IFB和I_φ"′是未知数，又当取正确的IFB值时，电离层延迟I_φ"′垂直方向分量I_verticsl的标准差最小，所以分别带入不同的IFB值，计算I_verticsl标准差，使标准差最小的IFB值即为所求的IFB。其中，I_verticsl可表示为式(16)所示：

$I_{verticsl}=\frac{I_{\mathrm{\φ}}^{\′\′\′}}{M(el,h_I)}---\left(19\right)$

其中，

R_e是地球半径，h_I是电离层薄壳高度，取值是350km。

步骤205g，根据平滑后的相位电离层延迟数据、卫星的内频偏差和接收机的内频偏差计算每个目标参考站对应的电离层延迟数据的真实值。

本实施例中，从平滑后的相位电离层延迟数据中去除星的内频偏差和接收机的内频偏差后，即为该每个目标参考站对应的电离层延迟数据的真实值。

步骤206，根据每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据，计算每个目标参考站对对应的电离层梯度。

具体地，本实施实例中，根据公式(1)计算每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据，具体的计算方法不再赘述。

步骤207，根据每个目标参考站对对应的电离层梯度，对错误电离层梯度进行处理。

具体地，首先对错误电离层进行搜索。查找由于系统错误或其他错误引起的错误电离层梯度，进行排除。

可采用三个标准对错误电离层梯度进行排除。

第一个标准为：负值检测。即对于出现错误梯度的连续弧度，看是否出现负的电离层梯度，如出现则认为是误差引起的错误电离层梯度。

第二个标准为：过偏差检测。即对于出现异常梯度的连续弧度，如果所有数据与均值的差都在50mm/km以内，则认为是误差引起的错误电离层梯度。

第三个标准为：单双频检测。即对于出现异常梯度的连续弧度，如果和的差大于150mm/km则认为是由误差引起的错误电离层梯度。

然后，排除错误电离层梯度后，对于第一区域，找出与异常电离层梯度站对距离相近的站对，分析相应的卫星异常梯度的走势，如果相差明显不同，则认为是该参考站的接收机所引起的误差，则确定为错误电离层误差，进行排除，如果相差不是明显不同，则保留该异常电离层梯度。该保留的异常电离层梯度为经过验证的异常电离层梯度，可用于模型统计。

对于第二区域，找到异常电离层梯度所在的参考站中，与其对应的目标参考站，分析相应卫星的异常梯度的走势，若相差明显不同，则认为是参考站接收机所引起的误差。则确定为错误电离层误差，进行排除，如果相差不是明显不同，则保留该异常电离层梯度。该保留的异常电离层梯度为经过验证的异常电离层梯度，可用于模型统计。

步骤208，对每个目标参考站对对应的电离层梯度进行统计，并建立预设区域的电离层异常监测模型。

本实施例中，是对错误电离层梯度进行排除后的每个目标参考站对对应的电离层梯度进行统计。

进一步地，本实施例中，对每个目标参考站对对应的电离层梯度进行统计，并建立预设区域的电离层异常监测模型具体包括：

针对每个目标参考站对，按照观测到的卫星的仰角对异常电离层梯度进行统计；根据每个目标参考站对中的观测到的卫星的仰角和异常电离层梯度的映射关系建立预设区域的电离层异常监测模型。

具体地，本实施例中，异常电离层梯度为超过合理电离层梯度阈值的电离层梯度。针对每个目标参考站对，按照观测到的卫星的仰角对异常电离层梯度进行统计，根据每个目标参考站对中的观测到的卫星的仰角和异常电离层梯度的映射关系建立预设区域的电离层异常监测模型。即在电离层异常监测模型中包括观测到的卫星对应的仰角和异常电力梯度的映射关系。

步骤209，将每个目标参考站对对应的电离层梯度转换为东西方向电离层梯度和南北方向电离层梯度。

进一步地，本实施例中，根据式(17)

$\▿I_{\mathrm{\φ}\_sn}=\▿I_{\mathrm{\φ}}\·\left|cos\left(az\right)\right|---\left(20\right)$

$\▿I_{\mathrm{\φ}\_wc}=\▿I_{\mathrm{\φ}}\·\left|sin\left(az\right)\right|---\left(21\right)$

其中，az为参考站对相对位置矢量与正北方向之间按顺时针形成的角度，为南北方向电离层梯度，为东西方向电离层梯度。

步骤210，对每个目标参考站对对应的东西方向异常电离层梯度进行统计，并建立预设区域的东西方向电离层异常监测模型，对每个目标参考站对对应的南北方向异常电离层梯度进行统计，并建立预设区域的南北方向电离层异常监测模型。

本实施例中，对每个目标参考站对对应的东西方向异常电离层梯度进行统计，并建立预设区域的东西方向电离层异常监测模型时，首先针对每个目标参考站对，按照观测到的卫星的仰角对东西方向的异常电离层梯度进行统计；然后根据每个目标参考站对中的观测到的卫星的仰角和东西方向的异常电离层梯度的映射关系建立预设区域的电离层异常监测模型。

同理，对每个目标参考站对对应的南北方向异常电离层梯度进行统计，并建立预设区域的南北方向电离层异常监测模型时的方法和对每个目标参考站对对应的东西方向异常电离层梯度进行统计，并建立预设区域的东西方向电离层异常监测模型的方法类似，在此不再一一赘述。

本实施例提供的电离层异常监测模型建立方法，通过获取预设区域中参考站总数和每个参考站的位置信息，根据参考站总数和每个参考站的位置信息，确定预设区域的区域类别，根据预设区域的区域类别，确定预设区域的目标参考站对和目标参考站，计算每个目标参考站对应的电离层延迟原始数据，计算每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据，根据每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据，计算每个目标参考站对对应的电离层梯度，根据每个目标参考站对对应的电离层梯度，对错误电离层梯度进行处理，对每个目标参考站对对应的电离层梯度进行统计，并建立预设区域的电离层异常监测模型，将每个目标参考站对对应的电离层梯度转换为东西方向电离层梯度和南北方向电离层梯度。对每个目标参考站对对应的东西方向异常电离层梯度进行统计，并建立预设区域的东西方向电离层异常监测模型，对每个目标参考站对对应的南北方向异常电离层梯度进行统计，并建立预设区域的南北方向电离层异常监测模型不仅能够建立整个电离层异常监测模型的准确率，而且建立预设区域的东西方向电离层异常监测模型和南北方向电离层异常监测模型，能够有针对性的对东西方向电离层异常监测模型和南北方向电离层异常监测模型进行分析，为导航系统的应用提供依据。

图6为本发明电离层异常监测模型建立装置实施例一的结构示意图，如图6所示，本实施例提供的电离层异常监测模型建立装置包括：获取模块61、第一确定模块62、第二确定模块63、计算模块64和建立模块65。

其中，获取模块61，用于获取预设区域中参考站总数和每个参考站的位置信息。第一确定模块62，用于根据参考站总数和每个参考站的位置信息，确定预设区域的区域类别。第二确定模块63，还用于根据预设区域的区域类别，确定预设区域的目标参考站对和目标参考站。计算模块64，用于计算每个目标参考站对应的电离层延迟原始数据。计算模块64，还用于计算每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据。计算模块64，还用于根据每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据，计算每个目标参考站对对应的电离层梯度。建立模块65，用于对每个目标参考站对对应的异常电离层梯度进行统计，并建立预设区域的电离层异常监测模型。

本实施例提供的装置可以执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图7为本发明电离层异常监测模型建立装置实施例二的结构示意图；如图7所示，本实施例提供的电离层异常监测模型建立装置在本发明提供的电离层异常监测模型建立装置实施例一的基础上，还包括：转换模块71。

进一步地，第一确定模块32，具体用于：根据每个参考站的位置信息，确定第一参考站对的对数N和第二参考站对的对数M；其中，每个第一参考站对中包括两个参考站，每个第二参考站对中包括至少三个参考站，在每个第一参考站对中的参考站之间的基线长度均满足预设基线长度范围，在每个第二参考站对中的参考站之间的基线长度均满足预设基线长度范围；若第一参考站对的对数N大于参考站总数的一半，且参考站总数大于T1，则确定预设区域为第一区域；若参考站总数小于T₁，并且第一参考站对的对数N大于T₂并且第二参考站对的对数M大于等于T₂/3，则确定预设区域为第二区域。

进一步地，第二确定模块32，具体用于：若预设区域为第一区域，则确定预设区域中的第一参考站对为目标参考站对，第一参考站对中的参考站为目标参考站；若预设区域为第二区域，则确定预设区域中的第二参考站对为目标参考站对，第二参考站对中的参考站为目标参考站。

进一步地，建立模块35，具体用于：针对每个目标参考站对，按照观测到的卫星的仰角对异常电离层梯度进行统计；根据每个目标参考站对中的观测到的卫星的仰角和异常电离层梯度的映射关系建立预设区域的电离层异常监测模型。

进一步地，转换模块71，用于将每个目标参考站对对应的异常电离层梯度转换为东西方向异常电离层梯度和南北方向异常电离层梯度。建立模块35，还用于对每个目标参考站对对应的东西方向异常电离层梯度进行统计，并建立预设区域的东西方向电离层异常监测模型。建立模块35，还用于对每个目标参考站对对应的南北方向异常电离层梯度进行统计，并建立预设区域的南北方向电离层异常监测模型。

本实施例提供的装置可以执行图2、图3、图3、图4、图5所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电离层异常监测模型建立方法，其特征在于，包括：

获取预设区域中参考站总数和每个参考站的位置信息；

根据所述参考站总数和每个参考站的位置信息，确定所述预设区域的区域类别；

根据所述预设区域的区域类别，确定所述预设区域的目标参考站对和目标参考站；

计算每个目标参考站对应的电离层延迟原始数据；

计算每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据；

根据每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据，计算每个目标参考站对对应的电离层梯度；

对每个目标参考站对对应的异常电离层梯度进行统计，并建立所述预设区域的电离层异常监测模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述参考站总数和每个参考站的位置信息，确定所述预设区域的区域类别具体包括：

根据所述每个参考站的位置信息，确定第一参考站对的对数N和第二参考站对的对数M；

其中，每个第一参考站对中包括两个参考站，每个第二参考站对中包括至少三个参考站，在所述每个第一参考站对中的参考站之间的基线长度均满足预设基线长度范围，在所述每个第二参考站对中的参考站之间的基线长度均满足预设基线长度范围；

若所述第一参考站对的对数N大于所述参考站总数的一半，且参考站总数大于T1，则确定所述预设区域为第一区域；

若所述参考站总数小于T₁，并且第一参考站对的对数N大于T₂并且第二参考站对的对数M大于等于T₂/3，则确定所述预设区域为第二区域。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述预设区域的区域类别，确定所述预设区域的目标参考站对和目标参考站具体包括：

若所述预设区域为第一区域，则确定所述预设区域中的第一参考站对为目标参考站对，所述第一参考站对中的参考站为目标参考站；

若所述预设区域为第二区域，则确定所述预设区域中的第二参考站对为目标参考站对，所述第二参考站对中的参考站为目标参考站。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述对每个目标参考站对对应的异常电离层梯度进行统计，并建立所述预设区域的电离层异常监测模型，具体包括：

针对每个目标参考站对，按照观测到的卫星的仰角对异常电离层梯度进行统计；

根据所述每个目标参考站对中的观测到的卫星的仰角和所述异常电离层梯度的映射关系建立所述预设区域的电离层异常监测模型。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对每个目标参考站对对应的异常电离层梯度进行统计，并建立所述预设区域的电离层异常监测模型之后，还包括：

将每个目标参考站对对应的异常电离层梯度转换为东西方向异常电离层梯度和南北方向异常电离层梯度；

对每个目标参考站对对应的东西方向异常电离层梯度进行统计，并建立所述预设区域的东西方向电离层异常监测模型；

对每个目标参考站对对应的南北方向异常电离层梯度进行统计，并建立所述预设区域的南北方向电离层异常监测模型。

6.一种电离层异常监测模型建立装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取预设区域中参考站总数和每个参考站的位置信息；

第一确定模块，用于根据所述参考站总数和每个参考站的位置信息，确定所述预设区域的区域类别；

第二确定模块，还用于根据所述预设区域的区域类别，确定所述预设区域的目标参考站对和目标参考站；

计算模块，用于计算每个目标参考站对应的电离层延迟原始数据；

所述计算模块，还用于计算每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据；

所述计算模块，还用于根据每个目标参考站对应的电离层延迟真实数据，计算每个目标参考站对对应的电离层梯度；

建立模块，用于对每个目标参考站对对应的异常电离层梯度进行统计，并建立所述预设区域的电离层异常监测模型。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块，具体用于：

根据所述每个参考站的位置信息，确定第一参考站对的对数N和第二参考站对的对数M；其中，每个第一参考站对中包括两个参考站，每个第二参考站对中包括至少三个参考站，在所述每个第一参考站对中的参考站之间的基线长度均满足预设基线长度范围，在所述每个第二参考站对中的参考站之间的基线长度均满足预设基线长度范围；若所述第一参考站对的对数N大于所述参考站总数的一半，且参考站总数大于T1，则确定所述预设区域为第一区域；若所述参考站总数小于T₁，并且第一参考站对的对数N大于T₂并且第二参考站对的对数M大于等于T₂/3，则确定所述预设区域为第二区域。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，具体用于：

若所述预设区域为第一区域，则确定所述预设区域中的第一参考站对为目标参考站对，所述第一参考站对中的参考站为目标参考站；若所述预设区域为第二区域，则确定所述预设区域中的第二参考站对为目标参考站对，所述第二参考站对中的参考站为目标参考站。

9.根据权利要求6-8任一项所述的装置，其特征在于，所述建立模块，具体用于：

针对每个目标参考站对，按照观测到的卫星的仰角对异常电离层梯度进行统计；根据所述每个目标参考站对中的观测到的卫星的仰角和所述异常电离层梯度的映射关系建立所述预设区域的电离层异常监测模型。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

转换模块，用于将每个目标参考站对对应的异常电离层梯度转换为东西方向异常电离层梯度和南北方向异常电离层梯度；

所述建立模块，还用于对每个目标参考站对对应的东西方向异常电离层梯度进行统计，并建立所述预设区域的东西方向电离层异常监测模型；

所述建立模块，还用于对每个目标参考站对对应的南北方向异常电离层梯度进行统计，并建立所述预设区域的南北方向电离层异常监测模型。