CN111008361B - 一种电离层参数重构方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体公开一种电离层参数重构方法，包括以下步骤：基于观测站点以及重构位置的地磁坐标，利用下式计算观测站点间及其与重构位置间的电离层距离；基于观测站点电离层距离矩阵以及重构位置与观测站点电离层距离向量，利用克里格重构方程组确定重构权重；基于观测站点所得的电离层参数值，利用线性加权方法基于所确定的重构权重，计算重构位置的电离层参数值。本发明建立的区域电离层参数重构方法，能够满足电离层研究的需求，计算复杂度较低，且能提高了电离层参数的重构精度。

Description

一种电离层参数重构方法
技术领域
本发明涉及电离层技术领域，特别是涉及一种区域电离层参数重构方法。
背景技术
电离层是近地空间环境重要组成部分，约是地面60公里以上到磁层顶之间的整个空间。它是人类生存的近地空间环境的一部分，充分了解电离层，是人类对自身生存环境认识和利用的重要基础。
电离层参数，如临界频率、传输因子等，存在全球空域变化。影响电离层的因素众多，既有来自太阳，行星际和磁层空间的环境变化，也包括热层的中性成分组成和浓度的变化和低层大气的影响。随着科技的进步，人类越来越依赖于现代的通讯和导航系统。有许多的通讯系统利用电离层反射电波信号进行远距离信息传播。更直接地，在中高层大气、电离层这些太空区域，正是人造卫星、航天飞机与空间站飞行的地方，而它们也恰是灾害性空间天气的直接发生地。因此，建立有效的区域化电离层参数模型，不仅对无线电通信有着重要的作用，而且在无线电定位和超视距雷达的应用中也是很重要的。
电离层的参数重构是对已知的部分探测站数据，实现电离层参数局部区域连续的实时分布，为相关科学的理论研究和工程应用的发展提供技术支撑。电离层参数的重构是目前国内外的研究热点，研究动力源于更高精度的需求，以保证对空间天气的感知、电波环境预报、警报和效应评估能力的准确评估。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种区域电离层参数重构方法，是一种基于地磁坐标的区域电离层参数重构方法，用于实现对电离层参数的高精度重构。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种区域电离层参数重构方法，包括以下步骤：
基于观测站点以及重构位置的地磁坐标，利用下式计算观测站点间及其与重构位置间的电离层距离；
d＝ae·acos{cosλAcosλBcos[SF·(φA-φB)]+sinφAsinφB}
式中，d表示电离层距离，ae为地球半径，取6371.2，(φA，λA)和(φB，λB)分别为A、B两点的地磁经纬度，SF为经验尺度因子，取1.2，
基于观测站点(φn，λn)电离层距离矩阵D以及重构位置(φ0，λ0)与观测站点(φn，λn)电离层距离向量D0，利用克里格重构方程组确定重构权重；
基于观测站点所得的电离层参数值，利用线性加权方法基于所确定的重构权重，计算重构位置的电离层参数值；
其中，所述的利用克里格重构方程组确定重构权重的步骤如下：
构建观测站点(φn，λn)电离层距离矩阵D，
计算重构位置(φ0，λ0)与观测站点(φn，λn)电离层距离向量D0,
利用克里格重构方程确定重构位置(φ0，λ0)与观测站点(φn，λn)间的重构权值向量W，
W满足/>
其中，所述的计算重构位置的电离层参数值的计算公式如下：
式中，p0表示重构位置(φ0，λ0)的电离层参数值，pn为观测站点(φn，λn)的电离层参数。
本发明建立的区域电离层参数重构方法，能够满足电离层研究的需求，计算复杂度较低，且能提高了电离层参数的重构精度。
附图说明
图1是本发明的区域电离层参数重构方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明是利用地磁坐标对电离层参数进行重构，给出区域重构精度更高方法，可为电子信息系统的可用频率预测、通信效能保障提供技术支撑。
如图1所示，本发明区域电离层参数重构方法，包括以下步骤：
步骤A：读取电离层观测站获得的电离层参数。
具体电离层参数的观测方式可包括垂直探测、斜向探测等手段，其中的电离层参数包括临界频率、峰值高度、传输因子等。
步骤B：计算观测站点及重构位置的地磁坐标。
其中，步骤B的计算方法为行业内通知内容，在此不再赘述。
步骤C：计算观测站点间及其与重构位置间的电离层距离，构建变异函数。
上述的电离层距离的计算方法选用加权大圆距离计算方法，具体可表示为：
d＝ae·acos{cosλAcosλBcos[SF·(φA-φB)]+sinφAsinφB} (1)
式中，ae为地球半径，取6371.2，(φA，λA)和(φB，λB)分别为A、B两点的地磁经纬度，SF为经验尺度因子，取1.2。
其中的A和B可为观测站点，亦可为重构位置点。
步骤D：利用克里格重构方程组确定重构权重：
其中，所述的步骤D利用克里格重构方程组确定重构权重的具体步骤如下：
步骤D1：构建观测站点电离层距离矩阵D。对于N个观测站点(φn，λn)，n＝1,2,…,N，其电离层距离可表示为
式中，任意两点的电离层距离利用公式(1)得到。
步骤D2：计算重构位置(φ0，λ0)与观测站点的电离层距离向量D0。具体可表示为
式中，任意两点的电离层距离利用公式(1)得到。
步骤D3：利用克里格重构方程确定重构位置与N个观测站点间的权值
W满足：
步骤E：计算重构位置的电离层参数值：
基于观测站点所得的电离层参数值，利用线性加权方法计算重构位置的电离层参数值p0，即
式中，pn为观测站点(φn，λn)的电离层参数。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种区域电离层参数重构方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于观测站点以及重构位置的地磁坐标，利用下式计算观测站点间及其与重构位置间的电离层距离；
d＝ae·acos{cosλAcosλBcos[SF·(φA-φB)]+sinφAsinφB}
式中，d表示电离层距离，ae为地球半径，取6371.2，(φA，λA)和(φB，λB)分别为A、B两点的地磁经纬度，SF为经验尺度因子，取1.2；
基于观测站点(φn，λn)电离层距离矩阵D以及重构位置(φ0，λ0)与观测站点(φn，λn)电离层距离向量D0，利用克里格重构方程组确定重构权重；
基于观测站点所得的电离层参数值，利用线性加权方法基于所确定的重构权重，计算重构位置的电离层参数值；
所述的利用克里格重构方程组确定重构权重的步骤如下：
构建N个观测站点(φn，λn)电离层距离矩阵D，n＝1,2,…,N，
计算重构位置(φ0，λ0)与观测站点(φn，λn)电离层距离向量D0,
利用克里格重构方程确定重构位置(φ0，λ0)与观测站点(φn，λn)间的重构权值向量W，
所述的计算重构位置的电离层参数值的计算公式如下：
式中，p0表示重构位置(φ0，λ0)的电离层参数值，pn为观测站点(φn，λn)的电离层参数。
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