CN114355400A - 一种基于电离层经向变化特征的电离层建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电离层经向变化特征的电离层建模方法，所述方法包括以下步骤：S01、获取沿经线分布的带状区域内的CORS基站观测数据，根据CORS基站高精度坐标和IGS发布的高精度卫星轨道、钟差等信息估算不同CORS基站在同一时刻观测同一GNSS卫星时，得到的穿刺点处电离层电子密度信息；S02、将步骤S01中获取的电离层电子密度信息按照时间进行分组，得到时序排列的带状区域内电离层穿刺点电子密度信息，对每个时刻的电子密度信息分别进行拟合得到所述带状区域内不同时刻的电离层电子密度模型。以解决现有技术为了获取高精度电离层模型需要建立密集的CORS基准站，造成财力物力的浪费的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电离层建模技术领域，尤其涉及一种基于电离层经向变化特征的电离层建模方法。
背景技术
在整个地球圈层系统中，电离层处于一个特殊的地位，这里有足够多的自由电子，通过大尺度场向电流的电动耦合效应电离层与磁层紧密的耦合在一起。电离层内中性成分不断受到太阳辐射作用而电离，同时带电的氧离子和氮离子不断捕获自由电子综合为中性分子，两个过程平衡构成了等离子体。太阳辐射是电离层活动状态的主要影响因素，同时地磁也对电离层也会产生显著影响。在PPP 定位过程中，电离层延迟主要影响模糊度固定时间，一个准确的电离层延迟参数可以减少数倍的模糊度固定时间，加速定位结果的收敛。为了实时获取GNSS 信号传播路径上的电离层延迟信息，广泛采用CORS系统播发的电离层延迟参数，改善定位收敛时间，利用流动站周围固定参考站实时播发的TEC信息对当前位置进行实时内插。但是通常为了获取高精度电离层模型需要建立密集的 CORS基准站，造成财力物力的浪费。
发明内容
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的是提供一种基于电离层经向变化特征的电离层建模方法。
本发明的技术方案是：一种基于电离层经向变化特征的电离层建模方法，所述方法包括以下步骤：
S01、获取沿经线分布的带状区域内的CORS基站观测数据，根据CORS基站高精度坐标和IGS发布的高精度卫星轨道、钟差信息估算不同CORS基站在同一时刻观测同一GNSS卫星时，得到的穿刺点处电离层电子密度信息；
S02、将步骤S01中获取的电离层电子密度信息按照时间进行分组，得到时序排列的带状区域内电离层穿刺点电子密度信息，对每个时刻的电子密度信息分别进行自适应不定阶的多项式拟合得到所述带状区域内不同时刻的电离层电子密度模型。
进一步地，还包括：
S03、获取带状区域内的历史电离层数据，利用多项式拟合或LSTM神经网络推算当前时刻的电离层信息，并与当前时刻的电离层模型结果进行加权平均，获得当前时刻模型的最终参数。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，
1)本发明通过利用在沿经线分布的带状区域内的CORS站点数据和 GNSS空间环境监测算法，得到按时序排列的带状区域内电离层穿刺点电子密度信息，将每个时刻的电子密度信息分别进行拟合得到带状区域内不同时刻的电离层电子密度模型，本发明通过分析电离层分布特性，实现了在CORS系统远距离稀疏布站的情况下，依然能得到高精度电离层电子密度模型，合理规划基站建设布局，大大增加了基站间距，减少基站数量；
2)本发明提供历史数据对带状区域内不同时刻的电离层电子密度模型进行修正，从而得到更为精准的带状区域内不同时刻的电离层电子密度模型。
附图说明
图1为本发明实施实例1的流程图；
图2为本发明实施实例1的卫星信号穿刺点示意图；
图3中为本模型和GIM的精度对比。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：
实施实例1：参考图1至图2，一种基于电离层经向变化特征的电离层建模方法，所述方法包括以下步骤：
S01、获取沿经线分布的带状区域内的CORS基站观测数据，根据CORS基站高精度坐标和IGS发布的高精度卫星轨道、钟差等信息估算不同CORS基站Ri在同一时刻t观测同一GNSS卫星S时，得到的穿刺点处电离层电子密度信息
S02、将步骤S01中获取的电离层电子密度信息
按照时间进行分组，得到时序排列的带状区域内电离层穿刺点电子密度信息
对每个时刻的电子密度信息
分别进行拟合得到所述带状区域内不同时刻的电离层电子密度模型。
由于电离层变化主要受太阳活动和地磁活动的调制影响，其经度方向的规律性强于纬度方向。本发明通过利用在沿经线分布的带状区域内的CORS站点数据和GNSS空间环境监测算法，得到按时序排列的带状区域内电离层穿刺点电子密度信息，将每个时刻的电子密度信息分别进行拟合得到带状区域内不同时刻的电离层电子密度模型，本发明通过分析电离层分布特性，实现了在CORS系统远距离稀疏布站的情况下，依然能得到高精度电离层电子密度模型，合理规划基站建设布局，大大增加了基站间距，减少基站数量。
下面结合图表和具体实测数据对本发明作更进一步的解释。数据选取在美洲大陆，选取了9个沿经线分布的站点 (P392,P738,P145,GARL,P127,P143,P512,P566,P563),数据时段为2014年每个月12 至18号，每天UT07:00-UT09:00,UT13:00-UT15:00,UT17:00-UT19:00三个时段。
第一步，根据以上站点观测数据筛选出合适的卫星观测时段，求取卫星信号穿刺点的电离层电子含量信息。表1给出的是某个时段GNSS卫星穿刺点STEC 数据文件片段。
表1:某时段GNSS卫星穿刺点STEC数据文件片段
根据表中的数据文件可以将观测结果按照卫星号分类，得到不同基站对同一卫星的观测信号穿刺点电离层电子密度信息。表2给出的是CORS基站对 GPSPRN04号卫星在某个时段进行观测的结果数据文件。
表2：CORS基站对PRN04观测结果文件片段。
第二步，收集建模区域所有的观测数据并分类后将数据分类结果进行多项式模型的拟合，模型的数学表达如下：
F(x)＝P0+P1·x+P2·x2+…+Pn·xn
拟合过程中首先利用该地区的历史数据和历史模型作为参考，使用5倍交叉检验方法进行多项式模型阶数的确定，确定阶数后利用当前时段的观测数据进行多项式模型参数的求取，利用此模型即可为GNSS定位提供待求点高精度电离层电子密度信息。
进一步地，还包括：步骤S03、获取带状区域内的历史电离层数据，利用多项式拟合或LSTM(Long Short-Term Memory，长短期记忆)神经网络推算当前时刻的电离层信息，并与当前时刻的电离层模型结果进行加权平均，获得当前时刻模型的最终参数。
表3：修正后模型参数
下图为在带状区域内2014年全年的模型精度统计结果(红色曲线)和国际 GNSS服务组织(IGS)发布的电离层产品(GIM，GlobalIonosphereMap)在同一区域的模型精度统计结果(蓝色曲线)，Mean为模型精度均值，RMS为模型精度均方根误差。可以看出在2014年全年的统计时段内本模型较GIM模型精度更高，表现在本模型结果在所有月份误差统计值均较GIM模型的小，在夏季尤甚，误差均值在最坏的情况下减小了113％，RMS减小了108％。
使用本模型对电离层信息进行改正后，优势表现在对定位结果的辅助上，可以缩短PPP定位的收敛时间和提高PPP定位结果的精度。
图3中为本模型和GIM的精度对比，*号连线图为本模型的结果，■连线图为GIM的结果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于电离层经向变化特征的电离层建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S01、获取沿经线分布的带状区域内的CORS基站观测数据，根据CORS基站高精度坐标和IGS发布的高精度卫星轨道、钟差信息估算不同CORS基站在同一时刻观测同一GNSS卫星时，得到的穿刺点处电离层电子密度信息；
S02、将步骤S01中获取的电离层电子密度信息按照时间进行分组，得到时序排列的带状区域内电离层穿刺点电子密度信息，对每个时刻的电子密度信息分别进行自适应不定阶的多项式拟合得到所述带状区域内不同时刻的电离层电子密度模型。
2.根据权利要求1所述的基于电离层经向变化特征的电离层建模方法，其特征在于，还包括：
步骤S03、获取带状区域内的历史电离层数据，利用多项式拟合或LSTM神经网络推算当前时刻的电离层信息，并与当前时刻的电离层模型结果进行加权平均，获得当前时刻模型的最终参数。
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| CN202110288010.XA CN114355400A (zh) | 2021-03-18 | 2021-03-18 | 一种基于电离层经向变化特征的电离层建模方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN114355400A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116299595A (zh) * | 2023-05-10 | 2023-06-23 | 中南大学 | 面向扰动探测的残差电离层层析方法、装置及介质 |
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2021
- 2021-03-18 CN CN202110288010.XA patent/CN114355400A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116299595A (zh) * | 2023-05-10 | 2023-06-23 | 中南大学 | 面向扰动探测的残差电离层层析方法、装置及介质 |
| CN116299595B (zh) * | 2023-05-10 | 2024-01-30 | 中南大学 | 面向扰动探测的残差电离层层析方法、装置及介质 |
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