CN114690207A - 差分电离层建模方法及系统 - Google Patents

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CN114690207A
CN114690207A CN202011631595.2A CN202011631595A CN114690207A CN 114690207 A CN114690207 A CN 114690207A CN 202011631595 A CN202011631595 A CN 202011631595A CN 114690207 A CN114690207 A CN 114690207A
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CN
China
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ionospheric
differential
satellite
delay
model
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CN202011631595.2A
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眭韵
汪登辉
付海洋
徐丰
冯绍军
金亚秋
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Fudan University
Qianxun Spatial Intelligence Inc
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Fudan University
Qianxun Spatial Intelligence Inc
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    • 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
    • G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
    • G01S19/07—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing data for correcting measured positioning data, e.g. DGPS [differential GPS] or ionosphere corrections
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Abstract

本申请涉及定位领域，公开了一种差分电离层建模方法及系统。该方法包括：接收区域基站接收机的原始观测数据和导航电文，计算各卫星与基站间的高度角、穿刺点经纬度和电离层延迟观测量；选取参考星，计算其他卫星与参考星对应的电离层延迟观测量的差值得到当前历元的差分电离层延迟观测量；基于穿刺点经纬度以及对应的差分电离层延迟观测量，利用拟合函数拟合区域差分电离层模型；将模型参数和卫星硬件延迟偏差作为待估参数，当前历元的差分电离层延迟观测量组成观测向量，构建观测方程；基于观测方程，对待估参数进行滤波处理以解算模型参数。本申请实施方式得到的电离层产品对用户定位精度及收敛时间有显著提升。

Description

差分电离层建模方法及系统
技术领域
本申请涉及定位领域，特别涉及差分实时电离层建模技术。
背景技术
地球电离层是地球大气层的重要组成部分，电离层中大量带电粒子形成的等离子体影响无线电波的传播，对穿越其中的电磁信号造成包括反射、折射、散射和吸收等不同程度的影响。电离层在通信、遥感、GPS、星际探测等诸多领域有着不可忽略的影响，是高精度空间信息系统面临共性关键问题，制约空间科技和商业航天的快速发展,特别是导航定位。电离层时延误差是实时定位的主要误差之一。目前用作实时电离层时延修正的模型主要为广播电离层模型，然而该类模型为经验模型，例如Klobuchar模型、NeQuick2模型、IRI模型等。由于电离层变化复杂，根据长期观测数据建立的经验模型不能够较好的反应电离层变化，因此改正精度有限。
电离层总电子含量(Total Electron Contents，TEC)是描述电离层特征和变化的最重要参数之一，准确的获取TEC信息对于深入研究电离层物理特性及变化规律，提高GNSS定位精度有重大意义。电离层格网模型是利用GNSS增强系统数据，得到广域格网点垂直总电子含量(Vertical Total Electron Content,VTEC)分布模型，为用户提供电离层延迟播发和校正。随着全球导航卫星系统GNSS空前发展和地基观测网迅速增加，为实现区域甚至全球高精度电离层监测和预报提供了有效手段。国际导航服务(International GNSSService IGS)自1998年开始提供电离层产品，IGS电离层分析计算全球电离层TEC格网被认为是目前全球电离层TEC监测与建模代表性方法。电离层分析中心，包括欧洲定轨中心(CODE)、美国喷气动力实验室(JPL)、欧洲空间局(ESOC)、西班牙加泰罗尼亚理工大学(UPC)等单位。目前电离层分析中心普遍采用单层模型假设，即电离层中所有自由电子均匀分布在距离地面一定高度厚度为无限薄的单层球壳上。国际IGS电离层模型中心，主要采用IGS全球接收机网络观测数据建立全球电离层模型并生成格网产品，更新时间为2小时，空间网格点较为稀疏一般为5度，该模型应用于小范围区域时精度不高，且实时性不足。当前电离层格网模型发展，逐渐走向实时性和高精度等新需求。
发明内容
本申请的目的在于提供一种差分电离层建模方法及系统，得到的电离层产品能够显著提高用户端定位精度和缩小定位收敛时间。
本申请公开了一种差分电离层建模方法，包括：
接收区域基站接收机的原始观测数据和导航电文，计算各卫星与基站间的高度角、穿刺点经纬度和电离层延迟观测量；
选取参考星，计算其他卫星与所述参考星对应的电离层延迟观测量的差值得到当前历元的差分电离层延迟观测量；
基于所述穿刺点经纬度以及对应的差分电离层延迟观测量，利用拟合函数拟合区域差分电离层模型；
将模型参数和卫星硬件延迟偏差作为待估参数，所述当前历元的差分电离层延迟观测量组成观测向量，构建观测方程；
基于所述观测方程，对所述待估参数进行滤波处理以解算所述模型参数。
在一个优选例中，所述基于所述观测方程，对所述待估参数进行滤波处理以解算所述模型参数之后，还包括：
利用解算后的区域差分电离层模型计算格网点处的差分电离层延迟观测量，以格网形式保存并播发给区域用户终端。
在一个优选例中，所述原始观测数据为双频观测数据。
在一个优选例中，计算所述电离层延迟观测量时，还包括：
基于双频伪距观测量和载波观测量，采用非差非组合PPP算法计算所述电离层延迟观测量，其中，计算得到的电离层延迟观测量
Figure BDA0002880169070000031
表示为：
Figure BDA0002880169070000032
其中，a表示电离层传播路径积分常数，
Figure BDA0002880169070000033
表示基站k与卫星s之间斜向路径上的电子总含量，f1表示L1载波的频率，f2表示L2载波的频率，DCBk表示接收机k的硬件延迟偏差，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。
在一个优选例中，所述基于所述观测方程，对所述待估参数进行滤波处理以解算所述模型参数，进一步包括：
建立卡尔曼滤波器，对所述待估参数实时进行卡尔曼滤波处理以解算所述模型参数。
在一个优选例中，所述建立卡尔曼滤波器，对所述待估参数实时进行卡尔曼滤波处理以解算所述模型参数时，还包括：
添加约束条件“对于各个历元时刻未被观测到的卫星s，则有DCBs＝0”，以避免方程秩亏，其中DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。
在一个优选例中，计算所述穿刺点经纬度时，还包括：
基于电离层单层模型假设，按照以下公式计算所述穿刺点经纬度
Figure BDA0002880169070000034
Figure BDA0002880169070000035
Figure BDA0002880169070000036
Figure BDA0002880169070000037
其中，α表示穿刺点的地心张角，H表示电离层高度，E,A分别表示卫星高度角和方位角，R表示地球半径，λk表示接收机经度，
Figure BDA0002880169070000041
表示接收机纬度。
在一个优选例中，所述选取参考星，计算其他卫星与所述参考星对应的电离层延迟观测量的差值得到当前历元的差分电离层延迟观测量，进一步包括：
对于同一基站，选取平均高度角最大的卫星作为参考星，所述当前历元的差分电离层延迟观测量等于其他卫星分别与所述参考星对应的电离层延迟观测量的差值，其中，基站k与卫星s间的差分电离层延迟观测量
Figure BDA0002880169070000042
表示为：
Figure BDA0002880169070000043
其中，
Figure BDA0002880169070000044
为基站k和卫星s间差分电子总含量，
Figure BDA0002880169070000045
Figure BDA0002880169070000046
表示基站k和卫星s的路径电离层电子密度积分量，
Figure BDA0002880169070000047
表示基站k和参考卫星ref的斜向路径电离层电子密度积分量，DCBref表示参考星ref的硬件延迟偏差，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。
在一个优选例中，所述拟合函数为多项式函数；
所述基于所述穿刺点经纬度以及对应的差分电离层延迟观测量，利用拟合函数拟合区域差分电离层模型，表示为：
Figure BDA0002880169070000048
其中，Emn表示模型参数，
Figure BDA0002880169070000049
表示测区中心点的地理纬度，
Figure BDA00028801690700000410
S0表示测区中心点
Figure BDA00028801690700000411
在该时段中央时刻t0的太阳时角，λ表示穿刺点的地理经度，t表示观测时刻,M及N表示模型阶数。
在一个优选例中，所述拟合函数为球谐函数；
所述基于所述穿刺点经纬度以及对应的差分电离层延迟观测量，利用拟合函数拟合区域差分电离层模型，表示为：
Figure BDA0002880169070000051
其中，Anm、Bnm表示模型参数，nmax表示模型阶数，Pnm(cosφ)表示未完全规格化的n阶m次的勒让德函数，φ和λ分别表示为：
Figure BDA0002880169070000052
Figure BDA0002880169070000053
其中，λIPP、
Figure BDA0002880169070000054
分别表示穿刺点处的地理经度、纬度，t表示当前历元，λM、
Figure BDA0002880169070000055
分别表示地磁经度、纬度，λSUN表示通过地球中心和太阳的子午线经度。
在一个优选例中，所述观测方程表示为：
Figure BDA0002880169070000056
其中，a表示电离层传播路径积分常数MF表示投影函数，
Figure BDA0002880169070000057
z'表示基站与卫星连线在穿刺点IPP处与天顶方向的夹角，f1表示L1载波的频率，f2表示L2载波的频率，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差,DCBref表示参考星ref的硬件延迟偏差，dVTECIPP表示穿刺点IPP处电离层差分垂直总电子含量。
本申请还公开了一种差分电离层建模系统，包括：
接收模块，用于接收区域基站接收机的原始观测数据和导航电文，计算各卫星与基站间的高度角、穿刺点经纬度和电离层延迟观测量；
计算模块，用于选取参考星，计算其他卫星与所述参考星对应的电离层延迟观测量的差值得到当前历元的差分电离层延迟观测量；
拟合模块，用于基于所述穿刺点经纬度以及对应的差分电离层延迟观测量，利用拟合函数拟合区域差分电离层模型；
解算模块，用于将模型参数和卫星硬件延迟偏差作为待估参数，所述当前历元的差分电离层延迟观测量组成观测向量，构建观测方程，以及基于所述观测方程，对所述待估参数进行滤波处理以解算所述模型参数。
在一个优选例中，所述系统还包括播发模块，用于利用解算后的区域差分电离层模型计算格网点处的差分电离层延迟观测量，以格网形式保存并播发给区域用户终端。
在一个优选例中，所述原始观测数据为双频观测数据。
在一个优选例中，所述接收模块还用于基于双频伪距观测量和载波观测量，采用非差非组合PPP算法计算所述电离层延迟观测量，其中，计算得到的电离层延迟观测量
Figure BDA0002880169070000061
表示为：
Figure BDA0002880169070000062
其中，a表示电离层传播路径积分常数，STEC表示斜向总电子含量，
Figure BDA0002880169070000063
表示基站k与卫星s之间斜向路径上的电子总含量，f1表示L1载波的频率，f2表示L2载波的频率，DCBk表示接收机k的硬件延迟偏差，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。
在一个优选例中，所述解算模块还用于建立卡尔曼滤波器，对所述待估参数实时进行卡尔曼滤波处理以解算所述模型参数。
在一个优选例中，所述解算模块还用于添加约束条件“对于各个历元时刻未被观测到的卫星s，则有DCBs＝0”，以避免方程秩亏，其中DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。
在一个优选例中，所述接收模块还用于基于电离层单层模型假设，按照以下公式计算所述穿刺点经纬度
Figure BDA0002880169070000064
Figure BDA0002880169070000065
Figure BDA0002880169070000066
Figure BDA0002880169070000067
其中，α表示穿刺点的地心张角，H表示电离层高度，E,A分别表示卫星高度角和方位角，R表示地球半径，λk表示接收机经度，
Figure BDA0002880169070000071
表示接收机纬度。
在一个优选例中，所述计算模块还用于对于同一基站，选取平均高度角最大的卫星作为参考星，所述当前历元的差分电离层延迟观测量等于其他卫星对应的电离层延迟观测量分别与所述参考星对应的电离层延迟观测量的差值，其中，基站k与卫星s间的差分电离层延迟观测量
Figure BDA0002880169070000072
表示为：
Figure BDA0002880169070000073
其中，
Figure BDA0002880169070000074
为基站k和卫星s间差分电子总含量，
Figure BDA0002880169070000075
Figure BDA0002880169070000076
表示基站k和卫星s的路径电离层电子密度积分量，
Figure BDA0002880169070000077
表示基站k和参考卫星ref的斜向路径电离层电子密度积分量，DCBref表示参考星ref的硬件延迟偏差，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。
在一个优选例中，所述拟合模块还用于基于所述穿刺点经纬度以及对应的差分电离层延迟观测量，利用多项式函数拟合区域差分电离层模型，表示为：
Figure BDA0002880169070000078
其中，Emn表示模型参数，
Figure BDA0002880169070000079
表示测区中心点的地理纬度，
Figure BDA00028801690700000710
S0表示测区中心点
Figure BDA00028801690700000711
在该时段中央时刻t0的太阳时角，λ表示穿刺点的地理经度，t表示观测时刻,M及N表示模型阶数。
在一个优选例中，所述拟合模块还用于基于所述穿刺点经纬度以及对应的差分电离层延迟观测量，利用球谐函数拟合区域差分电离层模型，表示为：
Figure BDA00028801690700000712
其中，Anm、Bnm表示模型参数，nmax表示模型阶数，Pnm(cosφ)表示未完全规格化的n阶m次的勒让德函数，φ和λ分别表示为：
Figure BDA00028801690700000713
Figure BDA0002880169070000081
其中，λIPP、
Figure BDA0002880169070000082
分别表示穿刺点处的地理经度、纬度，t表示当前历元，λM、
Figure BDA0002880169070000083
分别表示地磁经度、纬度，λSUN表示通过地球中心和太阳的子午线经度。
在一个优选例中，所所述观测方程表示为：
Figure BDA0002880169070000084
其中，a表示电离层传播路径积分常数MF表示投影函数，
Figure BDA0002880169070000085
z'表示基站与卫星连线在穿刺点IPP处与天顶方向的夹角，f1表示L1载波的频率，f2表示L2载波的频率，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差,DCBref表示参考星ref的硬件延迟偏差，dVTECIPP表示穿刺点IPP处电离层差分垂直总电子含量。
本申请还公开了一种差分电离层建模系统，包括：
存储器，用于存储计算机可执行指令；以及，
处理器，用于在执行所述计算机可执行指令时实现如前文描述的方法中的步骤。
本申请还公开了一种计算机可读存储介质所述计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如前文描述的方法中的步骤。
本申请实施方式中，与现有技术相比，至少包括以下优点和有益效果：
划定建模区域范围，基于所划定区域范围内各卫星与基站之间的高度角选取参考星，将各卫星与参考星的电离层延迟观测量进行差分计算以消除基站端硬件延迟偏差量，有效减小建模误差，与现有技术相比，根据本申请实施方式构建的差分电离层模型的模型精度显著提高。
进一步地，利用本申请的实施方式获得的区域差分电离层模型计算格网点处电离层差分延迟量，播发给区域用户，以作为用户端定位算法(例如PPP算法)中电离层约束条件，能够显著提高用户端定位精度和缩小定位收敛时间。
本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均因视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。
附图说明
图1是根据本申请第一实施方式的差分电离层建模方法流程示意图。
图2是根据本申请第二实施方式的差分电离层建模系统结构示意图。
图3是根据本申请的一个示例差分实时电离层建模过程流程示意图。
图4是根据本申请的一个示例差分电离层延迟观测量计算示意图。
图5是根据本申请的一个示例中是否添加电离层dVTEC约束条件的非差非组合PPP定位误差对比图。
图6是本根据本申请的一个示例区域电离层dVTEC分布模型的建模误差RMS统计直方图。
具体实施方式
在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。
本申请的第一实施方式涉及一种差分电离层建模方法，其流程如图1所示，该方法包括以下步骤：
在步骤101中，接收区域基站接收机的原始观测数据和导航电文，计算各卫星与基站间的高度角、穿刺点经纬度和电离层延迟观测量。
对于步骤101中各区域的划分不做限定，例如可以按照面积平均划分区域；又例如，也可以按照行政区域划分区域(以中国为例，可以以省级行政区域划分区域等)等。对于步骤101中区域基站的范围，可以是区域中的所有基站，也可以从区域中所有基站中选取的部分基站。对于部分基站的选取方法，例如但不限于是根据区域中各基站的分布情况和/或地理环境等进行选择合适数量、合适位置的基站。
可选地，步骤101时，还包括步骤：剔除所接收数据的粗差。其中，具体剔除粗差的方法可以是任意现有剔除粗差的技术，在此不做赘述。
可选地，该原始观测数据可以但不限于为单频或双频观测数据等。
在一个实施例中，在计算该电离层延迟观测量时，可以基于双频伪距观测量和载波观测量，采用非差非组合PPP算法计算该电离层延迟观测量。具体的，双频伪距观测量、双频载波相位观测量分别表示为：
Figure BDA0002880169070000101
Figure BDA0002880169070000111
其中，s、k、j分别表示卫星、基站接收机、频率；c表示光速；
Figure BDA0002880169070000112
表示卫星s与基站接收机k间在频率j上的伪距观测量；
Figure BDA0002880169070000113
表示卫星s与基站接收机k间在频率j上的载波相位观测量；
Figure BDA0002880169070000114
表示卫星s到基站接收机k天线相位中心的几何距离；δtk表示基站接收机k钟差；δts表示卫星s钟差；
Figure BDA0002880169070000115
表示对流层延迟；
Figure BDA0002880169070000116
表示电离层延迟；αj表示频率比值
Figure BDA0002880169070000117
Figure BDA0002880169070000118
表示频率j上的接收机的伪距硬件延迟；
Figure BDA0002880169070000119
表示频率j上的卫星的伪距硬件延迟；
Figure BDA00028801690700001110
表示频率j上接收机的载波相位偏差(硬件延迟)；
Figure BDA00028801690700001111
表示频率j上卫星的载波相位偏差(硬件延迟)；λj表示频率j上的载波波长；Nj表示频率j上的非差相位整数模糊度；
Figure BDA00028801690700001112
表示可模型化的误差，包含天线相位中心改正、天线相位缠绕、相对论效应、潮汐改正等，假定上述误差采用经验模型已修正到观测值中；
Figure BDA00028801690700001113
表示频率j上的伪距观测值噪声；
Figure BDA00028801690700001114
表示频率j上的相位观测值噪声。L1和L2载波上的测码伪距与相位观测值(距离单位)依次为P1、P2、Φ1、Φ2；电离层延迟可利用电离层中的总电子含量TEC表示，TEC的空间及时间变化反映了电离层的主要特性，电离层延迟观测量
Figure BDA00028801690700001115
可以表示为包含TEC的形式：
Figure BDA00028801690700001116
其中，a表示电离层传播路径积分常数，取值为40.3；STEC(Slant Total Electron Content)表示斜向总电子含量；
Figure BDA00028801690700001117
为基站k与卫星s之间斜向路径上的电子总含量；f1为L1载波的频率；f2为L2载波的频率；DCBk为接收机k的差分码偏差；DCBs为卫星s的差分码偏差。非差非组合模型中可以将伪距和相位观测量，接收机和卫星的硬件延迟差值表达成频率相关和频率无关两部分，如下式：
Figure BDA00028801690700001118
Figure BDA0002880169070000121
其中，频率相关项
Figure BDA0002880169070000122
被电离层延迟
Figure BDA0002880169070000123
吸收,因此定义
Figure BDA0002880169070000124
以及
Figure BDA0002880169070000125
分别为接收机与各卫星的硬件延迟偏差，指不同频率间硬件延迟的差值。
在其他实施例中，在计算该电离层延迟观测量时，还可以采用相位平滑伪距算法或者伪距单点定位算法等，本申请不做限制。
可选地，计算该穿刺点经纬度时，可以采用电离层单层模型假设，即假定电离层中所有自由电子都集中在高度为H的一个无线薄的单层上，H的值例如可以等于350km等，此时，当卫星及基站间信号通过电离层时，就可以使用穿刺点(Ionospheric Pierce Point，IPP)进行表示，根据卫星和基站接收机的位置、高度角E和方位角A，按照以下公式计算该穿刺点经纬度
Figure BDA0002880169070000126
Figure BDA0002880169070000127
Figure BDA0002880169070000128
Figure BDA0002880169070000129
其中，α表示穿刺点的地心张角，H表示电离层高度，E,A分别表示卫星高度角和方位角，R表示地球半径，λk表示接收机经度，
Figure BDA00028801690700001210
表示接收机纬度。
之后，进入步骤102，单历元时刻，选取参考星，计算其他卫星与参考星对应的电离层延迟观测量的差值得到当前历元的差分电离层延迟观测量。
一般地，选取信号质量最佳的卫星作为参考卫星，判断标准通常有高度角、信噪比、上一历元固定情况等，本实施例中选用高度角作为选取依据。通过计算各个卫星与多个基站之间的高度角的平均值，获得各个卫星对应的平均高度角，选取平均高度角最大的卫星作为参考星。应当理解，本发明不限于以高度角作为依据，还可以根据信噪比等进行选择。
在根据高度角选取参考星的实施例中，例如，可以对于同一基站，选取与该基站间高度角最大的卫星作为参考星，不同基站对应不同的参考星。或者，还可以对于每个卫星，计算每个卫星与各基站的平均高度角，选取所计算的平均高度角最大的卫星作为参考星。
可选地，在基于双频伪距观测量和载波观测量，采用非差非组合PPP算法计算该电离层延迟观测量的实施例中，该当前历元的差分电离层延迟观测量等于其他卫星分别与该参考星的电离层延迟观测量的差值，则构造基站k与卫星s间的差分电离层延迟观测量
Figure BDA0002880169070000131
可以表示为：
Figure BDA0002880169070000132
其中，
Figure BDA0002880169070000133
为基站k和卫星s间差分电子总含量，
Figure BDA0002880169070000134
Figure BDA0002880169070000135
表示基站k和卫星s的路径电离层电子密度积分量，
Figure BDA0002880169070000136
表示基站k和参考卫星ref的斜向路径电离层电子密度积分量，DCBref表示参考星ref的硬件延迟偏差，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。这样可以消除基站端硬件延迟偏差。
进一步地，在得到的穿刺点处的电离层延迟观测量
Figure BDA0002880169070000137
时，为计算方便，优选地将dSTEC投影至垂直方向dVTEC，投影函数如下所示：
Figure BDA0002880169070000138
Figure BDA0002880169070000139
dSTEC＝dVTEC·MF
其中，MF(Mapping Function)为投影函数，z'为站星连线在穿刺点处与天顶方向的夹角。
之后，进入步骤103，基于步骤101中计算得到的穿刺点经纬度以及对应的差分电离层延迟观测量，利用拟合函数拟合区域差分电离层模型(即dVTEC(difference VerticalTotal Electron Content)分布模型)，任意穿刺点处的dVTEC值为与穿刺点经纬度相关的函数。
该步骤103中的采用的拟合函数的种类多种多样，例如但不限于采用球谐函数、多项式函数、样条函数或球冠谐函数等。
例如，该拟合函数采用多项式函数时，该步骤103可以进一步实现为：基于该穿刺点经纬度，利用该多项式函数拟合区域差分电离层模型，表示为：
Figure BDA0002880169070000141
其中，Emn表示模型参数，
Figure BDA0002880169070000142
表示测区中心点的地理纬度，
Figure BDA0002880169070000143
S0表示测区中心点
Figure BDA0002880169070000144
在该时段中央时刻t0的太阳时角，λ表示穿刺点的地理经度，t表示观测时刻,M及N表示模型阶数。
例如，该拟合函数采用球谐函数时，该步骤103可以进一步实现为：基于该穿刺点经纬度，利用该球谐函数拟合区域差分电离层模型，表示为：
Figure BDA0002880169070000145
其中，Anm、Bnm表示模型参数，nmax表示模型阶数，Pnm(cosφ)表示未完全规格化的n阶m次的勒让德函数，φ和λ分别表示为：
Figure BDA0002880169070000146
Figure BDA0002880169070000147
其中，λIPP、
Figure BDA0002880169070000148
分别表示穿刺点处的地理经度、纬度，t表示当前历元，λM、
Figure BDA0002880169070000149
分别表示地磁经度、纬度，λSUN表示通过地球中心和太阳的子午线经度。
之后，进入步骤104，将模型参数和卫星硬件延迟偏差作为待估参数，该当前历元的差分电离层延迟观测量组成观测向量，构建观测方程。
可选地，联合步骤102中得到的电离层差分观测量
Figure BDA00028801690700001410
和步骤103中得到的区域差分电离层模型(即dVTEC分布模型)，构建观测方程为：
Figure BDA00028801690700001411
进一步地，以球谐函数拟合得到模型为例，则可以将差分电离层延迟观测量
Figure BDA0002880169070000151
表示为：
Figure BDA0002880169070000152
观测方程进一步可以表示为：
Figure BDA0002880169070000153
其中，a表示电离层传播路径积分常数MF表示投影函数，
Figure BDA0002880169070000154
z'表示基站与卫星连线在穿刺点IPP处与天顶方向的夹角，f1表示L1载波的频率，f2表示L2载波的频率，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差,DCBref表示参考星ref的硬件延迟偏差，dVTECIPP表示穿刺点IPP处电离层差分垂直总电子含量。
之后，进入步骤105，基于步骤104构建的观测方程，对该待估参数进行滤波处理以解算该模型参数。
该步骤105的模型参数解算方法是多种多样的。可选地，步骤105可以进一步实现为：建立卡尔曼滤波器，对该待估参数实时进行卡尔曼滤波处理以解算该模型参数。可选地，步骤105可以进一步实现为：根据最小二乘等算法对该待估参数实时进行滤波处理以解算该模型参数。且不限于该两种方法。
进一步地，在建立卡尔曼滤波器，对该待估参数实时进行卡尔曼滤波处理以解算该模型参数的实施例中，当前历元时刻待估参数包括dVTEC模型参数，以及卫星的硬件延迟偏差：X＝[A00,B00,A01,B01,...,DCB1,DCB2,...]T，其中，[DCB1,DCB2,...]表示所有可视卫星的硬件延迟偏差，由于对于各个基站进行了星间差分，因此待估参数中没有接收机的硬件延迟偏差。
可选地，在步骤105中，为避免方程秩亏，可以添加约束条件：各个历元时刻未观测到的卫星s的DCB设为0，即DCBs＝0，其中DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。
可选地，步骤105之后，还可以包括步骤：利用解算后的区域差分电离层模型计算格网点处的差分电离层延迟观测量，以格网形式保存并播发给区域用户终端。其中，播发格式例如但不限于采用IONEX(The IONosphere Map Exchange、Format)等。区域用户终端例如可以将接收到的格网点处的差分电离层延迟观测量作为定位算法中电离层约束条件，能显著提升算法定位精度以及收敛速度。
本申请的实施方式的建模过程可以是逐历元进行实时差分电离层建模，也可以是周期性地(例如每隔预设历元地等)进行差分电离层建模等。
本申请的第二实施方式涉及一种差分电离层建模系统，其结构如图2所示，该差分电离层建模系统包括接收模块、计算模块、拟合模块和解算模块。
具体的，该接收模块用于接收区域基站接收机的原始观测数据和导航电文，计算各卫星与基站间的高度角、穿刺点经纬度和电离层延迟观测量。
其中，对于区域的划分不做限定，例如可以按照面积平均划分区域；又例如，也可以按照行政区域划分区域(以中国为例，可以以省级行政区域划分区域等)等。该区域基站的范围可以是区域中的所有基站，也可以从区域中所有基站中选取的部分基站。对于部分基站的选取方法，例如但不限于是根据区域中各基站的分布情况和/或地理环境等进行选择合适数量、合适位置的基站。
可选地，该接收模块还用于剔除所接收数据的粗差。其中，具体剔除粗差的方法可以是任意现有剔除粗差的技术，在此不做赘述。
可选地，该原始观测数据可以但不限于为单频或双频观测数据等。
在一个实施例中，该接收模块还用于基于双频伪距观测量和载波观测量，采用非差非组合PPP算法计算该电离层延迟观测量。在其他实施例中，在计算该电离层延迟观测量时，还可以采用相位平滑伪距算法或者伪距单点定位算法等计算该电离层延迟观测量，本申请不做限制。
可选地，该接收模块还用于采用电离层单层模型假设，即假定电离层中所有自由电子都集中在高度为H的一个无线薄的单层上，例如，H＝350km等，此时，当卫星及基站间信号通过电离层时，就可以使用穿刺点(Ionospheric Pierce Point，IPP)进行表示，已知卫星和基站接收机的位置、高度角E和方位角A，按照以下公式计算该穿刺点经纬度
Figure BDA0002880169070000171
Figure BDA0002880169070000172
Figure BDA0002880169070000173
Figure BDA0002880169070000174
其中，α表示穿刺点的地心张角，H表示电离层高度，E,A分别表示卫星高度角和方位角，R表示地球半径，λk表示接收机经度，
Figure BDA0002880169070000175
表示接收机纬度。
该计算模块用于选取参考星，计算其他卫星对应的电离层延迟观测量与该参考星对应的电离层延迟观测量的差值得到当前历元的差分电离层延迟观测量。
一般地，选取信号质量最佳的卫星作为参考卫星，判断标准通常有高度角、信噪比、上一历元固定情况等，本实施例中选用高度角作为选取依据。通过计算各个卫星与多个基站之间的高度角的平均值，获得各个卫星对应的平均高度角，选取平均高度角最大的卫星作为参考星。应当理解，本发明不限于以高度角作为依据，还可以根据信噪比等进行选择。
在根据高度角选取参考星的实施例中，例如，可以对于同一基站，选取与该基站间高度角最大的卫星作为参考星，不同基站对应不同的参考星。或者，还可以对于每个卫星，计算每个卫星与各基站的平均高度角，选取所计算的平均高度角最大的卫星作为参考星。
例如，在基于双频伪距观测量和载波观测量，采用非差非组合PPP算法计算该电离层延迟观测量的实施例中，该计算模块还用于计算差分电离层延迟观测量等于其他卫星分别与该参考星的电离层延迟观测量的差值，构造基站k与卫星s间的差分电离层延迟观测量
Figure BDA0002880169070000176
可以表示为：
Figure BDA0002880169070000181
其中，
Figure BDA0002880169070000182
为基站k和卫星s间差分电子总含量，
Figure BDA0002880169070000183
Figure BDA0002880169070000184
表示基站k和卫星s的路径电离层电子密度积分量，
Figure BDA0002880169070000185
表示基站k和参考卫星ref的斜向路径电离层电子密度积分量，DCBref表示参考星ref的硬件延迟偏差，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。这样可以消除基站端硬件延迟偏差。
进一步地，该计算模块计算得到穿刺点处的差分电离层延迟观测量
Figure BDA0002880169070000186
为计算方便，该计算模块还用于将dSTEC投影至垂直方向dVTEC，投影函数如下所示：
Figure BDA0002880169070000187
Figure BDA0002880169070000188
dSTEC＝dVTEC·MF
其中，MF(Mapping Function)为投影函数，z'为站星连线在穿刺点处与天顶方向的夹角。
该拟合模块用于基于该穿刺点经纬度以及对应的差分电离层延迟观测量，利用拟合函数拟合区域差分电离层模型，任意穿刺点处的dVTEC值为与穿刺点经纬度相关的函数。
该拟合模块采用的拟合函数的种类多种多样，例如但不限于采用球谐函数、多项式函数、样条函数或球冠谐函数等。
例如，采用多项式函数时，该拟合模块还用于基于该穿刺点经纬度，利用该多项式函数拟合区域差分电离层模型dVTEC，表示为：
Figure BDA0002880169070000189
其中，Emn表示模型参数，
Figure BDA00028801690700001810
表示测区中心点的地理纬度，
Figure BDA00028801690700001811
S0表示测区中心点
Figure BDA00028801690700001812
在该时段中央时刻t0的太阳时角，λ表示穿刺点的地理经度，t表示观测时刻,M及N表示模型阶数。
例如，采用球谐函数时，该拟合模块还用于基于该穿刺点经纬度，利用该球谐函数拟合区域差分电离层模型dVTEC，表示为：
Figure BDA0002880169070000191
其中，Anm、Bnm表示模型参数，nmax表示模型阶数，Pnm(cosφ)表示未完全规格化的n阶m次的勒让德函数，φ和λ分别表示为：
Figure BDA0002880169070000192
Figure BDA0002880169070000193
其中，λIPP、
Figure BDA0002880169070000194
分别表示穿刺点处的地理经度、纬度，t表示当前历元，λM、
Figure BDA0002880169070000195
分别表示地磁经度、纬度，λSUN表示通过地球中心和太阳的子午线经度。
该解算模块用于将模型参数和卫星硬件延迟偏差作为待估参数，该当前历元的差分电离层延迟观测量组成观测向量，构建观测方程，以及基于该观测方程，对该待估参数进行滤波处理以解算该模型参数。
可选地，联合计算模块计算得到的电离层差分观测量
Figure BDA0002880169070000196
和该拟合模块拟合得到的区域差分电离层模型dVTEC，构建观测方程为：
Figure BDA0002880169070000197
进一步地，以球谐函数拟合得到模型为例，则可以将差分电离层延迟观测量
Figure BDA0002880169070000198
表示为：
Figure BDA0002880169070000199
观测方程可以表示为：
Figure BDA00028801690700001910
其中，a表示电离层传播路径积分常数MF表示投影函数，
Figure BDA0002880169070000201
z'表示基站与卫星连线在穿刺点IPP处与天顶方向的夹角，f1表示L1载波的频率，f2表示L2载波的频率，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差，DCBref表示参考星ref的硬件延迟偏差，dVTECIPP表示穿刺点IPP处电离层差分垂直总电子含量。
可选地，该解算模块还用于建立卡尔曼滤波器，对该待估参数实时进行卡尔曼滤波处理以解算该模型参数。可选地，该解算模块还用于根据最小二乘等算法对该待估参数实时进行滤波处理以解算该模型参数。且不限于该两种方法。
例如，在建立卡尔曼滤波器，对该待估参数实时进行卡尔曼滤波处理以解算该模型参数的实施例中，当前历元时刻待估参数包括dVTEC模型参数，以及卫星的硬件延迟偏差：X＝[A00,B00,A01,B01,...,DCB1,DCB2,...]T，其中，[DCB1,DCB2,...]表示所有可视卫星的硬件延迟偏差，由于对于各个基站进行了星间差分，因此待估参数中没有接收机的硬件延迟偏差。
可选地，该解算模块还用于添加约束条件“各个历元时刻未观测到的卫星s的DCB设为0，即DCBs＝0”，以避免方程秩亏，其中DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。
可选地，该系统还包括播发模块，用于利用解算后的区域差分电离层模型计算格网点处的差分电离层延迟观测量，以格网形式保存并播发给区域用户终端。其中，播发格式例如但不限于采用IONEX(The IONosphere Map Exchange、Format)等。区域用户终端例如可以将接收到的格网点处的差分电离层延迟观测量作为定位算法中电离层约束条件，能够显著提升算法定位精度以及收敛速度
第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，第一实施方式中的技术细节可以应用于本实施方式，本实施方式中的技术细节也可以应用于第一实施方式。
为了体现本申请的优势及效果，下面结合一个具体的例子来进行说明，该例子中罗列的细节主要是为了便于理解，不作为对本申请保护范围的限制。
该示例是基于北斗地基增强系统在云南区域基准站点的数据进行的建模实验验证，数据采集于2020年5月1日，UTC时0:01:00～23：59：30，采样间隔为30s，共选取该区域内22个基站，其中21个基站作为dVTEC分布模型的建模站，剩余一个基站作为模型性能验证站，即利用实时21个建模站的数据根据本申请的实施方式建立区域差分电离层模型，利用验证站的数据进行PPP定位实验。
图3所示为该示例差分电离层建模方法流程图，具体包括：建模站和验证站的数据获取或接收，所获取或接收数据的预处理(粗差探测、周跳探测与修复、误差改正等)，采用非差非组合PPP滤波器对预处理数据进行滤波处理，基于滤波后的数据进行参考星选取、差分电离层延迟观测量计算，拟合区域差分电离层模型和构建观测方程，基于观测方程采用卡尔曼滤波器估计所拟合区域差分电离层模型的模型参数，以最终得到区域差分电离层模型(即dVTEC分布模型)，最后基于该模型生成格网电离层产品，播发给该区域的用户终端。
图4给出了一个示例差分电离层延迟观测量计算方法示意图，图中四个周边基站作为建模站，中心位置红色站为验证站或者用户终端。对于各建模站，选取平均高度角最大的卫星为参考卫星，图4中绿色卫星即表示选出的参考卫星S-REF，如图4所示，将基站K01与卫星S01、S02、S03间的电离层延迟观测量与参考星S-REF对应的延迟量进行差分计算，构成基站和卫星之间的差分电离层延迟观测量，作为dVTEC分布建模的输入观测量，构建模型；按照经纬度计算用户位置处dVTEC值，用作定位算法中电离层约束。
图5给出了不加电离层约束条件的双频非差非组合PPP算法(黑色线)、增加dVTEC分布模型作为电离层约束的双频非差非组合PPP算法(红色线)得到的定位误差对比，算法按照每小时收敛一次。
如下表1是本示例中是否添加电离层dVTEC约束条件的非差非组合PPP收敛时间统计表格，给出了双频非差非组合PPP中，是否加入差分电离层dVTEC分布模型作为约束对PPP算法定位收敛时间的影响，根据统计结果可以看出，接入区域差分电离层dVTEC分布模型约束后，双频PPP收敛速度能够有效提升。
表1
Figure BDA0002880169070000221
如下表2是本示例中是否添加电离层dVTEC约束条件的非差非组合PPP定位误差统计表格，给出了双频非差非组合PPP中，是否加入电离层dVTEC分布模型作为约束对PPP算法定位精度的影响，根据计算可知，三个方向上定位精度分别提升了24.52％、26.87％、31.16％；加入电离层dVTEC分布模型后，全天2880个历元中共有2058个历元的定位误差得到了下降，占比71.46％，而805个历元误差略有增加，分析可能的原因是这些历元时刻的粗差较大，导致由非差非组合PPP算法提取得到的电离层延迟观测量有较大误差，该误差被进一步引入dVTEC分布模型，导致作为约束并未能够提升定位精度。
表2
Figure BDA0002880169070000222
图6给出了dVTEC分布模型对应的建模误差的RMS统计直方图，即对每颗卫星统计dSTEC建模误差的RMS值。经计算该模型dSTEC建模误差均值约为0.0350m，即0.2158TECU，如图6中虚线所示，dVTEC分布模型能够准确反映电离层变化情况，优于IGS格网产品精度。
需要说明的是，本领域技术人员应当理解，上述差分电离层建模系统的实施方式中所示的各模块的实现功能可参照前述差分电离层建模方法的相关描述而理解。上述差分电离层建模系统的实施方式中所示的各模块的功能可通过运行于处理器上的程序(可执行指令)而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。本申请实施例上述差分电离层建模系统如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
相应地，本申请实施方式还提供一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现本申请的各方法实施方式。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括但不限于，相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读存储介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
此外，本申请实施方式还提供一种差分电离层建模系统，其中包括用于存储计算机可执行指令的存储器，以及，处理器；该处理器用于在执行该存储器中的计算机可执行指令时实现上述各方法实施方式中的步骤。其中，该处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，简称“CPU”)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称“DSP”)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称“ASIC”)等。前述的存储器可以是只读存储器(read-only memory，简称“ROM”)、随机存取存储器(random access memory，简称“RAM”)、快闪存储器(Flash)、硬盘或者固态硬盘等。本发明各实施方式所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。
在本申请提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本申请的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并非用于限定本说明书的保护范围。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的保护范围之内。

Claims (24)

1.一种差分电离层建模方法，其特征在于，包括：
接收区域基站接收机的原始观测数据和导航电文，计算各卫星与基站间的高度角、穿刺点经纬度和电离层延迟观测量；
选取参考星，计算其他卫星与所述参考星对应的电离层延迟观测量的差值得到当前历元的差分电离层延迟观测量；
基于所述穿刺点经纬度以及对应的差分电离层延迟观测量，利用拟合函数拟合区域差分电离层模型；
将模型参数和卫星硬件延迟偏差作为待估参数，所述当前历元的差分电离层延迟观测量组成观测向量，构建观测方程；
基于所述观测方程，对所述待估参数进行滤波处理以解算所述模型参数。
2.如权利要求1所述的差分电离层建模方法，其特征在于，所述基于所述观测方程，对所述待估参数进行滤波处理以解算所述模型参数之后，还包括：
利用解算后的区域差分电离层模型计算格网点处的差分电离层延迟观测量，以格网形式保存并播发给区域用户终端。
3.如权利要求1所述的差分电离层建模方法，其特征在于，所述原始观测数据为双频观测数据。
4.如权利要求3所述的差分电离层建模方法，其特征在于，计算所述电离层延迟观测量时，还包括：
基于双频伪距观测量和载波观测量，采用非差非组合PPP算法计算所述电离层延迟观测量，其中，计算得到的电离层延迟观测量
Figure FDA0002880169060000011
表示为：
Figure FDA0002880169060000012
其中，a表示电离层传播路径积分常数，
Figure FDA0002880169060000013
表示基站k与卫星s之间斜向路径上的电子总含量，f1表示L1载波的频率，f2表示L2载波的频率，DCBk表示接收机k的硬件延迟偏差，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。
5.如权利要求1所述的差分电离层建模方法，其特征在于，所述基于所述观测方程，对所述待估参数进行滤波处理以解算所述模型参数，进一步包括：
建立卡尔曼滤波器，对所述待估参数实时进行卡尔曼滤波处理以解算所述模型参数。
6.如权利要求5所述的差分电离层建模方法，其特征在于，所述建立卡尔曼滤波器，对所述待估参数实时进行卡尔曼滤波处理以解算所述模型参数时，还包括：
添加约束条件“对于各个历元时刻未被观测到的卫星s，则有DCBs＝0”，以避免方程秩亏，其中DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。
7.如权利要求1所述的差分电离层建模方法，其特征在于，计算所述穿刺点经纬度时，还包括：
基于电离层单层模型假设，按照以下公式计算所述穿刺点经纬度
Figure FDA0002880169060000021
Figure FDA0002880169060000022
Figure FDA0002880169060000023
Figure FDA0002880169060000024
其中，α表示穿刺点的地心张角，H表示电离层高度，E,A分别表示卫星高度角和方位角，R表示地球半径，λk表示接收机经度，
Figure FDA0002880169060000025
表示接收机纬度。
8.如权利要求4所述的差分电离层建模方法，其特征在于，所述选取参考星，计算其他卫星与所述参考星对应的电离层延迟观测量的差值得到当前历元的差分电离层延迟观测量，进一步包括：
对于同一基站，选取高度角最大的卫星作为参考星，所述当前历元的差分电离层延迟观测量等于其他卫星分别与所述参考星对应的电离层延迟观测量的差值，其中，基站k与卫星s间的差分电离层延迟观测量
Figure FDA0002880169060000026
表示为：
Figure FDA0002880169060000031
其中，
Figure FDA0002880169060000032
为基站k和卫星s间差分电子总含量，
Figure FDA0002880169060000033
Figure FDA0002880169060000034
表示基站k和卫星s的路径电离层电子密度积分量，
Figure FDA0002880169060000035
表示基站k和参考卫星ref的斜向路径电离层电子密度积分量，DCBref表示参考星ref的硬件延迟偏差，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。
9.如权利要求1所述的差分电离层建模方法，其特征在于，所述拟合函数为多项式函数；
所述基于所述穿刺点经纬度以及对应的差分电离层延迟观测量，利用拟合函数拟合区域差分电离层模型，表示为：
Figure FDA0002880169060000036
其中，Emn表示模型参数，
Figure FDA0002880169060000037
表示测区中心点的地理纬度，
Figure FDA0002880169060000038
S0表示测区中心点
Figure FDA0002880169060000039
在该时段中央时刻t0的太阳时角，λ表示穿刺点的地理经度，t表示观测时刻，M及N表示模型阶数。
10.如权利要求1所述的差分电离层建模方法，其特征在于，所述拟合函数为球谐函数；
所述基于所述穿刺点经纬度以及对应的差分电离层延迟观测量，利用拟合函数拟合区域差分电离层模型，表示为：
Figure FDA00028801690600000310
其中，Anm、Bnm表示模型参数，nmax表示模型阶数，Pnm(cosφ)表示未完全规格化的n阶m次的勒让德函数，φ和λ分别表示为：
Figure FDA00028801690600000311
Figure FDA00028801690600000312
其中，λIPP、
Figure FDA00028801690600000313
分别表示穿刺点处的地理经度、纬度，t表示当前历元，λM、
Figure FDA0002880169060000041
分别表示地磁经度、纬度，λSUN表示通过地球中心和太阳的子午线经度。
11.如权利要求9或10所述的差分电离层建模方法，其特征在于，所述观测方程表示为：
Figure FDA0002880169060000042
其中，a表示电离层传播路径积分常数MF表示投影函数，
Figure FDA0002880169060000043
z'表示基站与卫星连线在穿刺点IPP处与天顶方向的夹角，f1表示L1载波的频率，f2表示L2载波的频率，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差，DCBref表示参考星ref的硬件延迟偏差，dVTECIPP表示穿刺点IPP处电离层差分垂直总电子含量。
12.一种差分电离层建模系统，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收区域基站接收机的原始观测数据和导航电文，计算各卫星与基站间的高度角、穿刺点经纬度和电离层延迟观测量；
计算模块，用于选取参考星，计算其他卫星与所述参考星对应的电离层延迟观测量的差值得到当前历元的差分电离层延迟观测量；
拟合模块，用于基于所述穿刺点经纬度以及对应的差分电离层延迟观测量，利用拟合函数拟合区域差分电离层模型；
解算模块，用于将模型参数和卫星硬件延迟偏差作为待估参数，所述当前历元的差分电离层延迟观测量组成观测向量，构建观测方程，以及基于所述观测方程，对所述待估参数进行滤波处理以解算所述模型参数。
13.如权利要求12所述的差分电离层建模系统，其特征在于，还包括播发模块，用于利用解算后的区域差分电离层模型计算格网点处的差分电离层延迟观测量，以格网形式保存并播发给区域用户终端。
14.如权利要求12所述的差分电离层建模系统，其特征在于，所述原始观测数据为双频观测数据。
15.如权利要求14所述的差分电离层建模系统，其特征在于，所述接收模块还用于基于双频伪距观测量和载波观测量，采用非差非组合PPP算法计算所述电离层延迟观测量，其中，计算得到的电离层延迟观测量
Figure FDA0002880169060000051
表示为：
Figure FDA0002880169060000052
其中，a表示电离层传播路径积分常数，
Figure FDA0002880169060000053
表示基站k与卫星s之间斜向路径上的电子总含量，f1表示L1载波的频率，f2表示L2载波的频率，DCBk表示接收机k的硬件延迟偏差，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。
16.如权利要求12所述的差分电离层建模系统，其特征在于，所述解算模块还用于建立卡尔曼滤波器，对所述待估参数实时进行卡尔曼滤波处理以解算所述模型参数。
17.如权利要求16所述的差分电离层建模系统，其特征在于，所述解算模块还用于添加约束条件“对于各个历元时刻未被观测到的卫星s，则有DCBs＝0”，以避免方程秩亏，其中DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。
18.如权利要求12所述的差分电离层建模系统，其特征在于，所述接收模块还用于基于电离层单层模型假设，按照以下公式计算所述穿刺点经纬度
Figure FDA0002880169060000054
Figure FDA0002880169060000055
Figure FDA0002880169060000056
Figure FDA0002880169060000057
其中，α表示穿刺点的地心张角，H表示电离层高度，E,A分别表示卫星高度角和方位角，R表示地球半径，λk表示接收机经度，
Figure FDA0002880169060000058
表示接收机纬度。
19.如权利要求15所述的差分电离层建模系统，其特征在于，所述计算模块还用于对于同一基站，选取高度角最大的卫星作为参考星，所述当前历元的差分电离层延迟观测量等于其他卫星分别与所述参考星对应的电离层延迟观测量的差值，其中，基站k与卫星s间的差分电离层延迟观测量
Figure FDA0002880169060000061
表示为：
Figure FDA0002880169060000062
其中，
Figure FDA0002880169060000063
为基站k和卫星s间差分电子总含量，
Figure FDA0002880169060000064
Figure FDA0002880169060000065
表示基站k和卫星s的路径电离层电子密度积分量，
Figure FDA0002880169060000066
表示基站k和参考卫星ref的斜向路径电离层电子密度积分量，DCBref表示参考星ref的硬件延迟偏差，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差。
20.如权利要求12所述的差分电离层建模系统，其特征在于，所述拟合模块还用于基于所述穿刺点经纬度以及对应的差分电离层延迟观测量，利用所述多项式函数拟合区域差分电离层模型，表示为：
Figure FDA0002880169060000067
其中，Emn表示模型参数，
Figure FDA0002880169060000068
表示测区中心点的地理纬度，
Figure FDA0002880169060000069
S0表示测区中心点
Figure FDA00028801690600000610
在该时段中央时刻t0的太阳时角，λ表示穿刺点的地理经度，t表示观测时刻,M及N表示模型阶数。
21.如权利要求12所述的差分电离层建模系统，其特征在于，所述拟合模块还用于基于所述穿刺点经纬度以及对应的差分电离层延迟观测量，利用所述球谐函数拟合区域差分电离层模型，表示为：
Figure FDA00028801690600000611
其中，Anm、Bnm表示模型参数，nmax表示模型阶数，Pnm(cosφ)表示未完全规格化的n阶m次的勒让德函数，φ和λ分别表示为：
Figure FDA00028801690600000612
Figure FDA00028801690600000613
其中，λIPP、
Figure FDA00028801690600000614
分别表示穿刺点处的地理经度、纬度，t表示当前历元，λM、
Figure FDA0002880169060000071
分别表示地磁经度、纬度，λSUN表示通过地球中心和太阳的子午线经度。
22.如权利要求20或21所述的差分电离层建模系统，其特征在于，所述观测方程表示为：
Figure FDA0002880169060000072
其中，a表示电离层传播路径积分常数MF表示投影函数，
Figure FDA0002880169060000073
z'表示基站与卫星连线在穿刺点IPP处与天顶方向的夹角，f1表示L1载波的频率，f2表示L2载波的频率，DCBs表示卫星s的硬件延迟偏差，DCBref表示参考星ref的硬件延迟偏差，dVTECIPP表示穿刺点IPP处电离层差分垂直总电子含量。
23.一种差分电离层建模系统，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机可执行指令；以及，
处理器，用于在执行所述计算机可执行指令时实现如权利要求1至11中任意一项所述的方法中的步骤。
24.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如权利要求1至11中任意一项所述的方法中的步骤。
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