CN113031017B - 一种联合leo和gnss星座建立电离层格网产品的方法 - Google Patents

一种联合leo和gnss星座建立电离层格网产品的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113031017B
CN113031017B CN202110261235.6A CN202110261235A CN113031017B CN 113031017 B CN113031017 B CN 113031017B CN 202110261235 A CN202110261235 A CN 202110261235A CN 113031017 B CN113031017 B CN 113031017B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gnss
leo
ionospheric
satellite
delay
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110261235.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113031017A (zh
Inventor
谭理庆
曹阳
彭琦
唐帅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Liangjiang Satellite Mobile Communication Co Ltd
Original Assignee
Chongqing Liangjiang Satellite Mobile Communication Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Liangjiang Satellite Mobile Communication Co Ltd filed Critical Chongqing Liangjiang Satellite Mobile Communication Co Ltd
Priority to CN202110261235.6A priority Critical patent/CN113031017B/zh
Publication of CN113031017A publication Critical patent/CN113031017A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113031017B publication Critical patent/CN113031017B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/20—Integrity monitoring, fault detection or fault isolation of space segment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/35—Constructional details or hardware or software details of the signal processing chain
    • G01S19/37—Hardware or software details of the signal processing chain

Abstract

本发明公开了一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法，通过获取指定电离层格网点的位置，并基于指定电离层格网点的位置搜索满足预设距离范围的LEO有效穿刺点和GNSS有效穿刺点，以在指定电离层格网点的垂直电离层延迟内插入LEO有效穿刺点对应的垂直电离层延迟和GNSS有效穿刺点对应的垂直电离层延迟，并与已知的穿刺点电离层延迟构造格网点电离层延迟误差计算方程，以求解指定格网点的电离层延迟误差，最后基于指定电离层格网点的位置、指定电离层格网点的垂直电离层延迟和电离层格网点的垂直电离层延迟误差建立电离层格网产品，以提高电离层格网产品的精度，进而提升星基增强服务性能。

Description

一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法。
背景技术
距离地面高度为60-2000km的大气电离层区域存在大量的自由电子，可对穿越其中的通信信号和广播信号造成反射、折射、散射和吸收等不同程度的影响。对于GNSS(全球导航卫星系统)，电离层延迟会严重影响GNSS定位精度和准确度，进而影响到GNSS服务的可靠性、完好性和连续性；电离层活动甚至能造成GNSS信号中断，因此实现对电离层准确的监测和高精度建模的需求日益强烈，尤其是在星基增强服务技术领域。
目前，在星基增强服务技术领域，普遍采用播发电离层格网产品给相应用户进行电离层延迟改正，以消除电离层延迟对GNSS定位的影响。通过GNSS测量电离层电子含量的精度是目前所有测量手段中最高的，且利用GNSS系统众多卫星可以实现对全球电离层全天候实时、长期连续性监测。但GNSS跟踪站在全球分布不均匀，部分地区(如地球两极区域、沙漠地带和海洋区域)观测数据很少或甚至没有观测数据，使得依靠经验模型或者依靠数学模型外推拟合建立的电离层格网产品精度较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有GNSS跟踪站在全球分布不均匀，部分地区(如地球两极区域、沙漠地带和海洋区域)观测数据很少或甚至没有观测数据，使得依靠经验模型或者依靠数学模型外推拟合建立的电离层格网产品精度较低。因此，本发明提供一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法，以通过增加LEO卫星星载GNSS接收机和LEO跟踪站提高观测数据的全面性，并加强全球各个区域上空电离层穿刺点的密度，在提高卫星的截止高度角的基础上不影响建立电离层格网产品所需的电离层穿刺点数，降低多路径效应和对流层延迟对电离层延迟提取带来的影响，提高电离层格网产品的精度，进而提升星基增强服务性能。
本发明通过下述技术方案实现：
一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法，包括
获取指定电离层格网点的位置，并基于所述指定电离层格网点的位置搜索电离层上满足预设距离范围的穿刺点作为有效穿刺点，所述有效穿刺点包括LEO有效穿刺点和GNSS有效穿刺点；
计算所述LEO有效穿刺点的个数和所述GNSS有效穿刺点的个数，并计算各LEO有效穿刺点对应的垂直电离层延迟和各GNSS有效穿刺点对应的垂直电离层延迟；
计算各LEO有效穿刺点到所述指定电离层格网点的距离及各GNSS有效穿刺点到所述指定电离层格网点的距离；
获取各LEO有效穿刺点的权值和各GNSS有效穿刺点的权值；
基于所述LEO有效穿刺点的个数和所述GNSS有效穿刺点的个数，通过距离倒数加权算法对各所述LEO有效穿刺点对应的垂直电离层延迟、各所述LEO有效穿刺点到所述指定电离层格网点的距离、各所述LEO有效穿刺点的权值及各所述GNSS有效穿刺点对应的垂直电离层延迟、各所述GNSS有效穿刺点到所述指定格网点的距离、各所述GNSS有效穿刺点的权值进行计算，得到指定电离层格网点的垂直电离层延迟；
通过对所述指定电离层格网点的垂直电离层延迟内插计算相应所述LEO有效穿刺点对应的垂直电离层延迟和相应所述GNSS有效穿刺点对应的垂直电离层延迟，并与已知的穿刺点电离层延迟构造格网点电离层延迟误差计算方程，以求解所述指定电离层格网点的垂直电离层延迟误差；
基于所述指定电离层格网点的位置、所述指定电离层格网点的垂直电离层延迟和所述电离层格网点的垂直电离层延迟误差建立电离层格网产品。
进一步地，所述距离倒数加权算法具体为：
其中，k表示LEO有效穿刺点个数、m表示GNSS有效穿刺点个数、IPPLEO表示LEO有效穿刺点、IPPGNSS表示GNSS有效穿刺点，/>表示第i颗LEO有效穿刺点对应的垂直电离层延迟、/>表示第j颗GNSS有效穿刺点对应的垂直电离层延迟、d_LEOi表示第i颗LEO有效穿刺点与指定电离层格网点的距离、d_GNSSj表示第j颗GNSS有效穿刺点与指定电离层格网点的距离、/>表示LEO有效穿刺点的权值、/>表示GNSS有效穿刺点的权值。
进一步地，所述得到指定电离层格网点的垂直电离层延迟，包括：
获取各GNSS跟踪站观测到的第一观测数据，并基于所述第一观测数据计算对应GNSS卫星路径上的电离层穿刺点位置即GNSS有效穿刺点的位置，和所述GNSS卫星在所述GNSS有效穿刺点处的垂直电离层延迟；
获取LEO跟踪站观测到的第二观测数据，并基于所述第二观测数据计算各LEO卫星路径上的斜路径电离层延迟；
获取LEO卫星星载GNSS接收机观测到的第三观测数据，并基于所述第三观测数据计算指定路径上的最终电离层延迟；
基于所述LEO卫星路径上的斜路径电离层延迟和所述指定路径对应的电离层延迟，计算所述GNSS卫星和所述LEO卫星的整个路径电离层延迟；
基于所述整个路径垂直电离层延迟计算LEO有效穿刺点的位置，并对所述整个路径电离层延迟进行计算，得到整个路径垂直电离层延迟；
根据所述LEO有效穿刺点位置、所述GNSS卫星路径上的电离层穿刺点位置、及其垂直电离层延迟，计算指定电离层格网点的垂直电离层延迟。
进一步地，所述基于所述第一观测数据计算对应GNSS卫星路径上的电离层穿刺点位置即GNSS有效穿刺点的位置，和所述GNSS卫星在所述GNSS有效穿刺点处的垂直电离层延迟，包括：
对所述第一观测数据进行预处理，获取第一预处理数据；
通过卡尔曼滤波方法对所述第一预处理数据进行滤波计算，得到第一载波相位平滑伪距观测值；
基于所述第一载波相位平滑伪距观测值构建第一电离层延迟观测值方程，并基于所述第一电离层延迟观测值方程计算GNSS卫星的总路径电离层延迟；
通过实时精密星历或预报精密星历计算GNSS跟踪站和/或LEO跟踪站监测范围内的GNSS卫星在相应时刻的空间位置，并结合GNSS跟踪站的位置坐标，计算所述GNSS卫星的方位角、仰角和斜路径电离层延迟；
获取电离层中不同高度的电子压缩在无限薄的球面上的高度H；
采用单层电离层模型，对所述GNSS卫星的方位角、仰角以及所述不同高度的电子压缩在无限薄的球面上的高度H和地球半径进行计算，得到GNSS有效穿刺点位置；
通过第一电离层投影函数计算所述GNSS卫星的总路径电离层延迟在所述GNSS有效穿刺点处的垂直电离层延迟。
进一步地，所述第一电离层延迟观测值方程具体为：
其中，fl2表示GNSS卫星的L2频段频率，fl1表示GNSS卫星的L1频段频率，/>表示GNSS卫星的L2频段载波相位平滑伪距观测值，/>表示GNSS卫星的L1频段载波相位平滑伪距观测值，表示GNSS卫星的L1、L2频段载波平滑伪距组合观测值接收机硬件延迟的综合影响值、/>表示GNSS卫星的L1、L2频段载波平滑伪距观测值卫星端硬件延迟综合影响值、表示GNSS卫星的L1频段载波和L2频段载波的平滑伪距组合观测值噪声项。
进一步地，所述基于所述第二观测数据计算各LEO卫星路径上的斜路径电离层延迟，包括：
对所述第二观测数据进行预处理，获取第二预处理数据；
通过卡尔曼滤波方法对所述第二预处理数据进行滤波计算，得到第二载波相位平滑伪距观测值；
基于所述第二载波相位平滑伪距观测值构建第二电离层延迟观测值方程，并基于所述第二电离层延迟观测值方程计算LEO卫星的总路径电离层延迟；
通过实时精密星历或预报精密星历计算GNSS跟踪站和/或LEO跟踪站监测范围内的LEO卫星在相应时刻的空间位置，并结合LEO跟踪站的位置坐标，计算所述LEO卫星的方位角、仰角E和斜路径电离层延迟。
进一步地，所述第二电离层延迟观测值方程具体为：
其中，fl2表示LEO卫星的L2频段频率，fl1表示LEO卫星的L1频段频率，/>表示LEO卫星的L2频段载波相位平滑伪距观测值，/>表示LEO卫星的L1频段载波相位平滑伪距观测值，/>表示LEO卫星的L1、L2频段载波平滑伪距组合观测值接收机硬件延迟的综合影响值、/>表示LEO卫星的L1、L2频段载波平滑伪距观测值卫星端硬件延迟综合影响值、/>表示LEO卫星的L1频段载波和L2频段载波的平滑伪距组合观测值噪声项。
进一步地，所述基于所述第三观测数据计算指定路径上的最终电离层延迟，包括：
通过实时精密星历或预报精密星历计算相应LEO卫星、GNSS卫星在对应时刻的空间位置，获取LEO卫星位置和GNSS卫星位置；
计算各LEO卫星与GNSS卫星的斜路径电离层延迟，同时计算各LEO卫星与相应GNSS卫星构成的路径与指定路径的夹角α，其中，所述指定路径为LEO跟踪站与相应LEO卫星之间的连线对应的延长线构成的路径；
通过第三电离层投影函数将所述LEO卫星与对应的GNSS卫星构成的路径上的电离层延迟投影到所述指定路径上，获取投影电离层延迟；
通过加权函数对所述投影电离层延迟进行计算，得到所述指定路径上的最终电离层延迟。
进一步地，所述计算各LEO卫星与GNSS卫星的斜路径电离层延迟，包括：
对所述第三观测数据进行预处理，获取第三预处理数据；
通过卡尔曼滤波方法对所述第三预处理数据进行滤波计算，得到第三载波相位平滑伪距观测值；
基于所述第三载波相位平滑伪距观测值构建第三电离层延迟观测值方程，并基于所述第三电离层延迟观测值方程计算LEO卫星与GNSS卫星的总路径电离层延迟；
通过实时精密星历或预报精密星历计算GNSS跟踪站和/或LEO跟踪站监测范围内的LEO卫星与GNSS卫星在相应时刻的空间位置,并结合LEO跟踪站的位置坐标和GNSS跟踪站的位置坐标，计算各所述LEO卫星与所述GNSS卫星空间位置的连线相对于总路径的方位角、仰角和各所述LEO卫星与GNSS卫星的斜路径电离层延迟。
进一步地，所述第三电离层延迟观测值方程具体为：
其中，fl2表示GNSS卫星的L2频段频率，fl1表示GNSS卫星的L1频段频率，/>表示GNSS卫星的L2频段载波相位平滑伪距观测值，/>表示GNSS卫星的L1频段载波相位平滑伪距观测值，表示GNSS卫星的L1、L2频段载波平滑伪距组合观测值接收机硬件延迟的综合影响值、/>表示GNSS卫星的L1、L2频段载波平滑伪距观测值卫星端硬件延迟综合影响值、表示GNSS卫星的L1频段载波和L2频段载波的平滑伪距组合观测值噪声项。
本发明提供的一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法，通过获取指定电离层格网点的位置，并基于指定电离层格网点的位置搜索满足预设距离范围的LEO有效穿刺点和GNSS有效穿刺点，以在指定电离层格网点的垂直电离层延迟内插入LEO有效穿刺点对应的垂直电离层延迟和GNSS有效穿刺点对应的垂直电离层延迟，并与已知的穿刺点电离层延迟构造格网点电离层延迟误差计算方程，以求解指定格网点的电离层延迟误差，最后基于指定电离层格网点的位置、指定电离层格网点的垂直电离层延迟和电离层格网点的垂直电离层延迟误差建立电离层格网产品，以提高电离层格网产品的精度，进而提升星基增强服务性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法的一应用场景图。
图2为本发明一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法的一流程图。
图3为图2中步骤S50的一具体流程图。
图4为图3中步骤S51的一具体流程图。
图5为图2中步骤S52的一具体流程图。
图6为图2中步骤S53的一具体流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。本发明提供一种智能电网脆弱性关键点识别方法，具体应用在如图1所示的应用场景中。
实施例1
如图2所示，本发明提供一种智能电网脆弱性关键点识别方法，具体包括如下步骤：
S10：获取指定电离层格网点的位置，并基于指定电离层格网点的位置搜索电离层上满足预设距离范围的穿刺点作为有效穿刺点，有效穿刺点包括LEO有效穿刺点和GNSS有效穿刺点。
其中，LEO有效穿刺点指电离层上距离LEO卫星预设距离范围的穿刺点。GNSS有效穿刺点指电离层上距离GNSS卫星预设距离范围的穿刺点。
S20：计算LEO有效穿刺点的个数和GNSS有效穿刺点的个数，并计算各LEO有效穿刺点对应的垂直电离层延迟和各GNSS有效穿刺点对应的垂直电离层延迟。
S30：计算各LEO有效穿刺点到指定电离层格网点的距离及各GNSS有效穿刺点到指定电离层格网点的距离。
S40：获取各LEO有效穿刺点的权值和各GNSS有效穿刺点的权值。
S50：基于LEO有效穿刺点的个数和GNSS有效穿刺点的个数，通过距离倒数加权算法对各LEO有效穿刺点对应的垂直电离层延迟、各LEO有效穿刺点到指定电离层格网点的距离、各LEO有效穿刺点的权值及各GNSS有效穿刺点对应的垂直电离层延迟、各GNSS有效穿刺点到指定格网点的距离、各GNSS有效穿刺点的权值进行计算，得到指定电离层格网点的垂直电离层延迟。
进一步地，距离倒数加权算法具体为：
其中，k表示LEO有效穿刺点个数、m表示GNSS有效穿刺点个数、IPPLEO表示LEO有效穿刺点、IPPGNSS表示GNSS有效穿刺点，/>表示第i颗LEO有效穿刺点对应的垂直电离层延迟、/>表示第j颗GNSS有效穿刺点对应的垂直电离层延迟、d_LEOi表示第i颗LEO有效穿刺点与指定电离层格网点的距离、d_GNSSj表示第j颗GNSS有效穿刺点与指定电离层格网点的距离、/>表示LEO有效穿刺点的权值、/>表示GNSS有效穿刺点的权值。
本实施例中各LEO有效穿刺点的权值相同，各GNSS有效穿刺点的权值相同，LEO有效穿刺点的权值和GNSS有效穿刺点的权值根据实际情况具体设定，在此不做限定。
S60：通过对指定电离层格网点的垂直电离层延迟内插计算相应LEO有效穿刺点对应的垂直电离层延迟和相应GNSS有效穿刺点对应的垂直电离层延迟，并与已知的穿刺点电离层延迟构造格网点电离层延迟误差计算方程，以求解指定电离层格网点的垂直电离层延迟误差。
S70：基于指定电离层格网点的位置、指定电离层格网点的垂直电离层延迟和电离层格网点的垂直电离层延迟误差建立电离层格网产品。
进一步地，如图3所示，步骤S50，得到指定电离层格网点的垂直电离层延迟，具体包括如下步骤：
S51：获取各GNSS跟踪站观测到的第一观测数据，并基于第一观测数据计算对应GNSS卫星路径上的电离层穿刺点位置即GNSS有效穿刺点的位置，和GNSS卫星在GNSS有效穿刺点处的垂直电离层延迟。
其中，第一观测数据指GNSS跟踪站观测到的GNSS卫星的数据。
S52：获取LEO跟踪站观测到的第二观测数据，并基于第二观测数据计算各LEO卫星路径上的斜路径电离层延迟其中，/>表示LEO跟踪站与对应LEO卫星之间的路径上的电离层。第二观测数据指LEO跟踪站观测到的LEO卫星的数据。
S53：获取LEO卫星星载GNSS接收机观测到的第三观测数据，并基于第三观测数据计算指定路径上的最终电离层延迟
其中，第三观测数据指LEO卫星星载GNSS接收机观测到的GNSS卫星数据。指定路径指LEO跟踪站与对应LEO卫星之间的连线对应的延长线。斜路径指LEO或者GNSS卫星到观测站间信号的传播路径。
S54：基于LEO卫星路径上的斜路径电离层延迟和指定路径对应的电离层延迟，计算GNSS卫星和LEO卫星的整个路径电离层延迟TECLEO-GNSS。
其中，TECLEO-GNSS表示GNSS卫星和LEO卫星的整个路径电离层延迟，本实施例中的GNSS卫星和LEO卫星的整个路径具体为指定路径对应的斜路径与LEO卫星路径上的斜路径之和。
S55：基于整个路径垂直电离层延迟计算LEO有效穿刺点的位置，并对整个路径电离层延迟进行计算，得到整个路径垂直电离层延迟。
S56：根据LEO有效穿刺点位置、GNSS卫星路径上的电离层穿刺点位置、及其垂直电离层延迟，计算指定电离层格网点的垂直电离层延迟。
进一步地，如图4所示，步骤S51，基于第一观测数据计算对应GNSS卫星路径上的电离层穿刺点位置即GNSS有效穿刺点的位置，和GNSS卫星在GNSS有效穿刺点处的垂直电离层延迟，具体包括如下步骤：
S511：对第一观测数据进行预处理，获取第一预处理数据。
S512：通过卡尔曼滤波方法对第一预处理数据进行滤波计算，得到第一载波相位平滑伪距观测值。
S513：基于第一载波相位平滑伪距观测值构建第一电离层延迟观测值方程，并基于第一电离层延迟观测值方程计算GNSS卫星的总路径电离层延迟。
进一步地，第一电离层延迟观测值方程具体为：
其中，fl2表示GNSS卫星的L2频段频率，fl1表示GNSS卫星的L1频段频率，/>表示GNSS卫星的L2频段载波相位平滑伪距观测值，/>表示GNSS卫星的L1频段载波相位平滑伪距观测值，表示GNSS卫星的L1、L2频段载波平滑伪距组合观测值接收机硬件延迟的综合影响值、/>表示GNSS卫星的L1、L2频段载波平滑伪距观测值卫星端硬件延迟综合影响值、表示GNSS卫星的L1频段载波和L2频段载波的平滑伪距组合观测值噪声项。
S514：通过实时精密星历或预报精密星历计算GNSS跟踪站和/或LEO跟踪站监测范围内的GNSS卫星在相应时刻的空间位置，并结合GNSS跟踪站的位置坐标，计算GNSS卫星的方位角、仰角和斜路径电离层延迟。
S515：获取电离层中不同高度的电子压缩在无限薄的球面上的高度H。
S516：采用单层电离层模型SLM，对GNSS卫星的方位角、仰角以及不同高度的电子压缩在无限薄的球面上的高度H和地球半径进行计算，得到GNSS有效穿刺点位置IPPGNSS位置。
具体地，将电离层中的不同高度的电子都压缩在高度为H的无限薄的球面上，然后采用单层电离层模型SLM，对对GNSS卫星的方位角、仰角以及不同高度的电子压缩在无限薄的球面上的高度H和地球半径进行计算，得到GNSS有效穿刺点位置IPPGNSS位置。
S517：通过第一电离层投影函数计算GNSS卫星的总路径电离层延迟在GNSS有效穿刺点处的垂直电离层延迟。
进一步地，第一电离层投影函数具体为VTEC＝TEC*f(Z)，其中，Z表示GNSS跟踪站到GNSS卫星方向与地心到穿刺点方向间的夹角，f(Z)表示第一电离层投影函数，TEC表示LEO卫星的总路径电离层延迟，VTEC表示LEO卫星的总路径电离层延迟在穿刺点处的垂直电离层延迟。
进一步地，如图5所示，步骤S52，基于第二观测数据计算各LEO卫星路径上的斜路径电离层延迟，具体包括如下步骤：
S521：对第二观测数据进行预处理，获取第二预处理数据。
S522：通过卡尔曼滤波方法对第二预处理数据进行滤波计算，得到第二载波相位平滑伪距观测值。
S523：基于第二载波相位平滑伪距观测值构建第二电离层延迟观测值方程，并基于第二电离层延迟观测值方程计算LEO卫星的总路径电离层延迟。
进一步地，第二电离层延迟观测值方程具体为：
其中，fl2表示LEO卫星的L2频段频率，fl1表示LEO卫星的L1频段频率，/>表示LEO卫星的L2频段载波相位平滑伪距观测值，/>表示LEO卫星的L1频段载波相位平滑伪距观测值，/>表示LEO卫星的L1、L2频段载波平滑伪距组合观测值接收机硬件延迟的综合影响值、/>表示LEO卫星的L1、L2频段载波平滑伪距观测值卫星端硬件延迟综合影响值、/>表示LEO卫星的L1频段载波和L2频段载波的平滑伪距组合观测值噪声项。
S524：通过实时精密星历或预报精密星历计算GNSS跟踪站和/或LEO跟踪站监测范围内的LEO卫星在相应时刻的空间位置，并结合LEO跟踪站的位置坐标，计算LEO卫星的方位角、仰角E和斜路径电离层延迟。
进一步地，如图6所示，步骤S53，基于第三观测数据计算指定路径上的最终电离层延迟，具体包括如下步骤：
S531：通过实时精密星历或预报精密星历计算相应LEO卫星、GNSS卫星在对应时刻的空间位置，获取LEO卫星位置和GNSS卫星位置。
S532：计算各LEO卫星与GNSS卫星的斜路径电离层延迟，同时计算各LEO卫星与相应GNSS卫星构成的路径与指定路径的夹角α，其中，指定路径为LEO跟踪站与相应LEO卫星之间的连线对应的延长线构成的路径。
具体地，计算各LEO卫星与GNSS卫星路径上的电离层延迟包括：对第三观测数据进行预处理，获取第三预处理数据。通过卡尔曼滤波方法对第三预处理数据进行滤波计算，得到第三载波相位平滑伪距观测值。基于第三载波相位平滑伪距观测值构建第三电离层延迟观测值方程，并基于第三电离层延迟观测值方程计算LEO卫星与GNSS卫星的总路径电离层延迟。通过实时精密星历或预报精密星历计算GNSS跟踪站和/或LEO跟踪站监测范围内的LEO卫星在相应时刻的空间位置，并结合LEO跟踪站的位置坐标，计算LEO卫星的方位角、仰角E和斜路径电离层延迟。
进一步地，第三电离层延迟观测值方程具体为：
其中，fl2表示GNSS卫星的L2频段频率，fl1表示GNSS卫星的L1频段频率，/>表示GNSS卫星的L2频段载波相位平滑伪距观测值，/>表示GNSS卫星的L1频段载波相位平滑伪距观测值，表示GNSS卫星的L1、L2频段载波平滑伪距组合观测值接收机硬件延迟的综合影响值、/>表示GNSS卫星的L1、L2频段载波平滑伪距观测值卫星端硬件延迟综合影响值、表示GNSS卫星的L1频段载波和L2频段载波的平滑伪距组合观测值噪声项。
S533：通过第三电离层投影函数将LEO卫星与对应的第j个GNSS卫星构成的路径上的电离层延迟投影到指定路径上，获取投影电离层延迟
进一步地，第三电离层投影函数具体为其中，j表示GNSS卫星的序号，αj表示LEO卫星与第j个GNSS卫星构成的路径与指定路径的夹角α，f(αj)表示第三电离层投影函数。
S534：通过加权函数对投影电离层延迟进行计算，得到指定路径上的最终电离层延迟。
具体地，采用与夹角αj相关加权方式(其中，夹角越大，所占权重越小，具体权值由函数p(αj)确定)，通过加权平均计算指定路径上的最终电离层延迟其计算公式表示为：
其中，n表示GNSS卫星个数。函数p(αj)表示根据夹角αj计算权值的函数。
其中，上述预处理具体为：对观测数据剔除高度角及信噪比不符合要求的卫星观测数据、伪距粗差探测、周跳探测与修复、钟跳探测与修复。
上述卡尔曼滤波方法具体为：通过卡尔曼滤波对预处理数据进行滤波，并在滤波过程中对伪距观测值噪声进行实时估计，将伪距观测值噪声作为卡尔曼滤波器的量测噪声，相邻历元的载波相位观测值之差视为卡尔曼滤波器的确定性控制输入项，最终将滤波估计的结果作为载波相位平滑伪距观测值。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法，其特征在于，包括：
获取指定电离层格网点的位置，并基于所述指定电离层格网点的位置搜索电离层上满足预设距离范围的穿刺点作为有效穿刺点，所述有效穿刺点包括LEO有效穿刺点和GNSS有效穿刺点；
计算所述LEO有效穿刺点的个数和所述GNSS有效穿刺点的个数，并计算各LEO有效穿刺点对应的垂直电离层延迟和各GNSS有效穿刺点对应的垂直电离层延迟；
计算各LEO有效穿刺点到所述指定电离层格网点的距离及各GNSS有效穿刺点到所述指定电离层格网点的距离；
获取各LEO有效穿刺点的权值和各GNSS有效穿刺点的权值；
基于所述LEO有效穿刺点的个数和所述GNSS有效穿刺点的个数，通过距离倒数加权算法对各所述LEO有效穿刺点对应的垂直电离层延迟、各所述LEO有效穿刺点到所述指定电离层格网点的距离、各所述LEO有效穿刺点的权值及各所述GNSS有效穿刺点对应的垂直电离层延迟、各所述GNSS有效穿刺点到所述指定电离层格网点的距离、各所述GNSS有效穿刺点的权值进行计算，得到指定电离层格网点的垂直电离层延迟；
通过对所述指定电离层格网点的垂直电离层延迟内插计算相应所述LEO有效穿刺点对应的垂直电离层延迟和相应所述GNSS有效穿刺点对应的垂直电离层延迟，并与已知的穿刺点电离层延迟构造格网点电离层延迟误差计算方程，以求解所述指定电离层格网点的垂直电离层延迟误差；
基于所述指定电离层格网点的位置、所述指定电离层格网点的垂直电离层延迟和所述指定电离层格网点的垂直电离层延迟误差建立电离层格网产品；
所述距离倒数加权算法具体为：
其中，k表示LEO有效穿刺点个数、m表示GNSS有效穿刺点个数、IPPLEO表示LEO有效穿刺点、IPPGNSS表示GNSS有效穿刺点，/>表示第i颗LEO有效穿刺点对应的垂直电离层延迟、/>表示第j颗GNSS有效穿刺点对应的垂直电离层延迟、d_LEOi表示第i颗LEO有效穿刺点与指定电离层格网点的距离、d_GNSSj表示第j颗GNSS有效穿刺点与指定电离层格网点的距离、/>表示LEO有效穿刺点的权值、/>表示GNSS有效穿刺点的权值。
2.根据权利要求1所述的一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法，其特征在于，所述得到指定电离层格网点的垂直电离层延迟，包括：
获取各GNSS跟踪站观测到的第一观测数据，并基于所述第一观测数据计算对应GNSS卫星路径上的电离层穿刺点位置即GNSS有效穿刺点的位置，和所述GNSS卫星在所述GNSS有效穿刺点处的垂直电离层延迟；
获取LEO跟踪站观测到的第二观测数据，并基于所述第二观测数据计算各LEO卫星路径上的斜路径电离层延迟；
获取LEO卫星星载GNSS接收机观测到的第三观测数据，并基于所述第三观测数据计算指定路径上的最终电离层延迟；
基于所述LEO卫星路径上的斜路径电离层延迟和所述指定路径对应的电离层延迟，计算所述GNSS卫星和所述LEO卫星的整个路径电离层延迟；
基于所述整个路径电离层延迟计算LEO有效穿刺点的位置，并对所述LEO有效穿刺点的位置的垂直电离层延迟进行计算，得到LEO有效穿刺点点的位置的垂直电离层延迟。
3.根据权利要求2所述的一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法，其特征在于，所述基于所述第一观测数据计算对应GNSS卫星路径上的电离层穿刺点位置即GNSS有效穿刺点的位置，和所述GNSS卫星在所述GNSS有效穿刺点处的垂直电离层延迟，包括：
对所述第一观测数据进行预处理，获取第一预处理数据；
通过卡尔曼滤波方法对所述第一预处理数据进行滤波计算，得到第一载波相位平滑伪距观测值；
基于所述第一载波相位平滑伪距观测值构建第一电离层延迟观测值方程，并基于所述第一电离层延迟观测值方程计算GNSS卫星的总路径电离层延迟；
通过实时精密星历或预报精密星历计算GNSS跟踪站和/或LEO跟踪站监测范围内的GNSS卫星在相应时刻的空间位置，并结合GNSS跟踪站的位置坐标，计算所述GNSS卫星的方位角、仰角和斜路径电离层延迟；
获取电离层中不同高度的电子压缩在无限薄的球面上的高度H；
采用单层电离层模型，对所述GNSS卫星的方位角、仰角以及所述不同高度的电子压缩在无限薄的球面上的高度H和地球半径进行计算，得到GNSS有效穿刺点位置；
通过第一电离层投影函数计算所述GNSS卫星的总路径电离层延迟在所述GNSS有效穿刺点处的垂直电离层延迟。
4.根据权利要求3所述的一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法，其特征在于，所述第一电离层延迟观测值方程具体为：
其中，fl2表示GNSS卫星的L2频段频率，fl1表示GNSS卫星的L1频段频率，/>表示GNSS卫星的L2频段载波相位平滑伪距观测值，/>表示GNSS卫星的L1频段载波相位平滑伪距观测值，/>表示GNSS卫星的L1、L2频段载波平滑伪距组合观测值接收机硬件延迟的综合影响值、/>表示GNSS卫星的L1、L2频段载波平滑伪距观测值卫星端硬件延迟综合影响值、/>表示GNSS卫星的L1频段载波和L2频段载波的平滑伪距组合观测值噪声项。
5.根据权利要求2所述的一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法，其特征在于，所述基于所述第二观测数据计算各LEO卫星路径上的斜路径电离层延迟，包括：
对所述第二观测数据进行预处理，获取第二预处理数据；
通过卡尔曼滤波方法对所述第二预处理数据进行滤波计算，得到第二载波相位平滑伪距观测值；
基于所述第二载波相位平滑伪距观测值构建第二电离层延迟观测值方程，并基于所述第二电离层延迟观测值方程计算LEO卫星的总路径电离层延迟；
通过实时精密星历或预报精密星历计算GNSS跟踪站和/或LEO跟踪站监测范围内的LEO卫星在相应时刻的空间位置，并结合LEO跟踪站的位置坐标，计算所述LEO卫星的方位角、仰角E和斜路径电离层延迟。
6.根据权利要求5所述的一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法，其特征在于，所述第二电离层延迟观测值方程具体为：
其中，fl2表示LEO卫星的L2频段频率，fl1表示LEO卫星的L1频段频率，/>表示LEO卫星的L2频段载波相位平滑伪距观测值，/>表示LEO卫星的L1频段载波相位平滑伪距观测值，/>表示LEO卫星的L1、L2频段载波平滑伪距组合观测值接收机硬件延迟的综合影响值、/>表示LEO卫星的L1、L2频段载波平滑伪距观测值卫星端硬件延迟综合影响值、/>表示LEO卫星的L1频段载波和L2频段载波的平滑伪距组合观测值噪声项。
7.根据权利要求2所述的一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法，其特征在于，所述基于所述第三观测数据计算指定路径上的最终电离层延迟，包括：
通过实时精密星历或预报精密星历计算相应LEO卫星、GNSS卫星在对应时刻的空间位置，获取LEO卫星位置和GNSS卫星位置；
计算各LEO卫星与GNSS卫星的斜路径电离层延迟，同时计算各LEO卫星与相应GNSS卫星构成的路径与指定路径的夹角α，其中，所述指定路径为LEO跟踪站与相应LEO卫星之间的连线对应的延长线构成的路径；
通过第三电离层投影函数将所述LEO卫星与对应的GNSS卫星构成的路径上的电离层延迟投影到所述指定路径上，获取投影电离层延迟；
通过加权函数对所述投影电离层延迟进行计算，得到所述指定路径上的最终电离层延迟。
8.根据权利要求7所述的一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法，其特征在于，所述计算各LEO卫星与GNSS卫星的斜路径电离层延迟，包括：
对所述第三观测数据进行预处理，获取第三预处理数据；
通过卡尔曼滤波方法对所述第三预处理数据进行滤波计算，得到第三载波相位平滑伪距观测值；
基于所述第三载波相位平滑伪距观测值构建第三电离层延迟观测值方程，并基于所述第三电离层延迟观测值方程计算LEO卫星与GNSS卫星的总路径电离层延迟；
通过实时精密星历或预报精密星历计算GNSS跟踪站和/或LEO跟踪站监测范围内的LEO卫星与GNSS卫星在相应时刻的空间位置,并结合LEO跟踪站的位置坐标和GNSS跟踪站的位置坐标，计算各所述LEO卫星与所述GNSS卫星空间位置的连线相对于总路径的方位角、仰角和各所述LEO卫星与GNSS卫星的斜路径电离层延迟。
9.根据权利要求8所述的一种联合LEO和GNSS星座建立电离层格网产品的方法，其特征在于，所述第三电离层延迟观测值方程具体为：
其中，fl2表示GNSS卫星的L2频段频率，fl1表示GNSS卫星的L1频段频率，/>表示GNSS卫星的L2频段载波相位平滑伪距观测值，/>表示GNSS卫星的L1频段载波相位平滑伪距观测值，/>表示GNSS卫星的L1、L2频段载波平滑伪距组合观测值接收机硬件延迟的综合影响值、/>表示GNSS卫星的L1、L2频段载波平滑伪距观测值卫星端硬件延迟综合影响值、/>表示GNSS卫星的L1频段载波和L2频段载波的平滑伪距组合观测值噪声项。
CN202110261235.6A 2021-03-10 2021-03-10 一种联合leo和gnss星座建立电离层格网产品的方法 Active CN113031017B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110261235.6A CN113031017B (zh) 2021-03-10 2021-03-10 一种联合leo和gnss星座建立电离层格网产品的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110261235.6A CN113031017B (zh) 2021-03-10 2021-03-10 一种联合leo和gnss星座建立电离层格网产品的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113031017A CN113031017A (zh) 2021-06-25
CN113031017B true CN113031017B (zh) 2024-03-19

Family

ID=76469264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110261235.6A Active CN113031017B (zh) 2021-03-10 2021-03-10 一种联合leo和gnss星座建立电离层格网产品的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113031017B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105676233A (zh) * 2016-01-07 2016-06-15 北京航空航天大学 空地协同的ras电离层异常监测方法及系统
CN106405589A (zh) * 2016-06-24 2017-02-15 西安科技大学 一种全球电离层格网模型的确定方法及装置
CN110275186A (zh) * 2019-07-11 2019-09-24 武汉大学 Leo卫星增强的gnss电离层归一化与融合建模方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105676233A (zh) * 2016-01-07 2016-06-15 北京航空航天大学 空地协同的ras电离层异常监测方法及系统
CN106405589A (zh) * 2016-06-24 2017-02-15 西安科技大学 一种全球电离层格网模型的确定方法及装置
CN110275186A (zh) * 2019-07-11 2019-09-24 武汉大学 Leo卫星增强的gnss电离层归一化与融合建模方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Performance of GNSS Global Ionospheric Modeling Augmented by LEO Constellation;Xiaodong Ren 等;《Earth and Space Science》;第7卷(第1期);全文 *
北斗星基增强系统的完好性分析与仿真;吕吉方;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;2020年(第02期);全文 *
北斗格网电离层模型格网点计算方法研究;于耕 等;《电子技术应用》;第43卷(第06期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113031017A (zh) 2021-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. Multipath extraction and mitigation for high-rate multi-GNSS precise point positioning
US9395443B2 (en) Adaptive method for estimating the electron content of the ionosphere
CA2681918A1 (en) Distance dependant error mitigation in real-time kinematic (rtk) positioning
KR101761782B1 (ko) 보호 수준 결정 시스템 및 그 방법
EP3106897A1 (en) Gnss receiver with an on-board capability to implement an optimal error correction mode
CN113805208B (zh) 一种适用于导航接收机的gnss-ir测高方法
CN110221320A (zh) 一种基于抛物面天线观测的北斗频间偏差测定方法
Zhang et al. Current performance of open position service with almost fully deployed multi-GNSS constellations: GPS, GLONASS, Galileo, BDS-2, and BDS-3
WO2023197714A1 (zh) 一种适用于动态载体平台的gnss多路径误差削弱方法
CN110146904B (zh) 一种适用于区域电离层tec的精确建模方法
CN114879239B (zh) 一种增强瞬时ppp固定解的区域三频整数钟差估计方法
CN115802479A (zh) 基于5g及北斗的室内外融合定位方法
Choy et al. An evaluation of various ionospheric error mitigation methods used in single frequency PPP
CN113031017B (zh) 一种联合leo和gnss星座建立电离层格网产品的方法
KR100884611B1 (ko) 위성전파항법 보강시스템용 기준국 수신기의 원시정보측정잡음 산출 장치 및 방법
Yin et al. A novel cycle slips detection model for the high precision positioning
Wang et al. Analysis of GNSS-R Code-Level Altimetry using QZSS C/A, L1C, and BDS B1C signals and their Combinations in a Coastal Experiment
CN116026226A (zh) 一种半遮挡环境下的水闸变形监测方法及系统
CN112528213B (zh) 基于低地球轨道卫星全球电离层总电子含量多层解析方法
CN116203603A (zh) 一种面向复杂环境低成本的ppp随机模型自适应调整方法
CN113267793B (zh) 一种基于外部增强信息的gbas对流层参数生成方法
Wielgosz et al. Research on GNSS positioning and applications in Poland in 2015–2018
CN112666575A (zh) 一种基于北斗geo卫星的电离层异常扰动探测方法
CN113009525B (zh) 一种建立实时对流层格网产品的方法
KR100854796B1 (ko) 장치의 위치를 추적하기 위한 방법 및 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant