CN115327574A - 一种星基高精度电离层延迟编码播发方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种星基高精度电离层延迟编码播发方法及系统，将高精度电离层延迟编码分为电离层延迟四维子网划分、电离层背景延迟以及电离层残差延迟，电离层延迟四维子网划分消息头包含北斗历元时刻、更新间隔以及IODI；消息块包含子集背景延迟编码位数、子集背景延迟精度、子集残差延迟编码位数、子集残差延迟分辨率以及不同维度划分格网点；电离层背景延迟消息头包含北斗历元时刻、更新间隔、IOD、IODI、电离层高度、纬度子集个数及编号内容；消息块包含不同经纬度格网点的电离层延迟改正值；电离层残差延迟消息头包含北斗历元时刻、更新间隔、IODI以及纬度子集编号；消息块包含不同纬度子集四维格网点电离层延迟残差。本发明能够支持实时高精度定位。
Description
技术领域
本发明属于卫星导航定位系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)技术领域，特别涉及一种星基高精度电离层延迟编码播发方法及系统。
背景技术
实时精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)是北斗三号全球系统(BeiDou Global Navigation Satellite System,BDS-3)七大规划公开服务类型之一，对提升北斗系统高精度服务能力具有重要意义。然而基于实时PPP技术的厘米级定位往往需要近30分钟的收敛时间，尽管随着多频多系统的发展，实时PPP初始化时间缩短至小于20分钟，但仍无法满足自动驾驶、智慧物流等高时效导航定位需求。载波相位差分(Real-TimeKinematic,RTK)技术通过地面基准站解算差分改正数并实时播发给用户，提供高精度快收敛的定位服务。然而RTK技术精度随距离的增加而降低，此外播发量大也是RTK不得不考虑的一个重要影响因素。而电离层延迟作为GNSS观测中与传播路径有关的一个重要误差项，如何星基播发高精度电离层延迟是目前实时PPP亟需解决的一个重要问题。
目前全球广播的电离层模型主要分为经验模型和实测模型两种。其中经验模型是由长期观测数据拟合所得，比较著名的有Bent模型及Klobuchar模型；实测模型则是基于GNSS观测数据建立的模型，如全球电离层格网模型(Global Ionosphere Model,GIM)。其中经验模型通常只能改正50％-60％的电离层延迟误差，而GIM精度通常为2-8TECU(TotalElectron Content Unit,总电子含量单位)，显然不能满足高精度定位需求。
随着北斗三号组网完成，GEO(Geostationary Orbit,地球静止轨道)卫星现已通过I支路播发精密单点定位服务信号，即PPP-B2b信号，包含精密轨道、钟差、伪距偏差等信息。但实际上，北斗B2b信号除I支路外，同时预留了Q支路通道，因此北斗有能力在现有PPP服务基础上，通过Q支路进一步播发高精度电离层延迟。但如何在兼容现有PPP-B2b信号I支路增强电文基本帧结构的情况下，高度压缩电离层延迟数据量、优化其电文格式及播发策略是星基高精度电离层编码及播发的关键。
发明内容
针对目前播发电离层延迟精度低，高精度电离层延迟模型数据量大，难以通过卫星广播播发等问题，本发明提供了一种星基高精度电离层延迟编码及播发方法。
为解决上述技术问题，本发明采用一种星基高精度电离层延迟编码播发方法，将高精度电离层延迟编码分为电离层延迟四维子网划分、电离层背景延迟以及电离层残差延迟三个部分，
电离层延迟四维子网划分消息头包含北斗历元时刻、更新间隔以及IODI；消息块包含子集背景延迟编码位数、子集背景延迟精度、子集残差延迟编码位数、子集残差延迟分辨率以及不同维度划分格网点；所述IODI为电离层数据龄期变化；
电离层背景延迟消息头包含北斗历元时刻、更新间隔、IOD、IODI、电离层高度、纬度子集个数及编号内容；消息块包含不同经纬度格网点的电离层延迟改正值；所述IOD为数据龄期变化；
电离层残差延迟消息头包含北斗历元时刻、更新间隔、IODI以及纬度子集编号；消息块包含不同纬度子集四维格网点电离层延迟残差。
而且，所述IODI标示了电离层延迟格网分割消息数据龄期变化，用户电离层延迟背景和残差改正和分割消息匹配，当电离层延迟格网分割方式发生变化时，IODI加1，从0～7连续循环计数。
而且，电离层延迟四维子网划分编码播发方案的消息块中，
对后续的电离层背景延迟及电离层残差延迟中的编码位数、精度及分辨率进行编码，用于确定后续电离层延迟改正产品精度；
对后续电离层四维格网点进行编码，用于确定后续电离层延迟改正产品的格网点划分区间。
而且，电离层背景延迟编码播发方案的消息头中，
采用IOD标示电离层模型数据龄期变化，用于进行电离层背景延迟改正与电离层延迟格网分割匹配；
对电离层纬度子集进行编码播发，用于确定后续电离层延迟产品中的纬度子集。
而且，电离层残差延迟编码播发方案的消息头中，
根据IODI值及纬度子集编号与电离层背景延迟中的消息头进行匹配，从而确定纬度子集、分辨率内容。
而且，电离层残差延迟编码播发方案的消息块中，
采用矩阵索引的方式对其电离层残差延迟进行编码播发，压缩产品的数据量；格网点编号为该格网点在对应纬度子集中的编号，并由编号进一步确定格网点经度、纬度、高度角以及方位角信息。
另一方面，本发明提供一种星基高精度电离层延迟编码播发系统，用于实现如上所述的一种星基高精度电离层延迟编码播发方法。
而且，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如上所述的一种星基高精度电离层延迟编码播发方法。
而且，包括可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时，实现如上所述的一种星基高精度电离层延迟编码播发方法。
本发明提供的上述方案公开了一种星基高精度电离层延迟改正编码播发方式，针对北斗现有PPP-B2b信号I支路基本帧结构，在Q支路上设计高精度电离层延迟改正编码格式。对Q支路中消息头及消息块进行编码设计，编码内容包括电离层延迟子网划分、电离层背景延迟以及电离层残差延迟三个部分。其中电离层延迟划分子网部分消息头包含北斗历元时刻、更新间隔及IODI内容；消息块包括不同维度子网划分区间、产品精度及分辨率等信息。电离层背景场延迟部分包括北斗历元时刻、电离层高度及维度子集编号等内容；消息块包括不同经纬度格网点电离层延迟改正值。电离层残差延迟部分包括北斗历元时刻、电离层高度及维度子集编号等内容；消息块包括四维格网点编号、格网点残差以及精度等内容。与现有技术相比，本发明具有如下特点：
1.编码播发方案与现有北斗PPP-B2b信号I支路兼容，可以为北斗Q支路播发内容提供一定参考。
2.针对北斗PPP-B2b信号Q支路下一步播发方案，设计了高精度电离层延迟播发方案，为用户实现实时高精度定位提供了可能。
3.将高精度电离层延迟进行分解，分为电离层背景延迟以及电离层残差延迟，同时采用稀疏矩阵索引方式进行存储，进一步压缩了数据体量。
附图说明
图1为本发明实施例的北斗-B2b信号Q支路电文结构示意图；
图2为本发明实施例的消息头结构示意图；
图3是本发明实施例方法流程图；
图4是本发明实施例格网点内插穿刺背景电离层延迟示意图。
具体实施方式
下面将结合附图说明对发明总体流程进行描述。
本发明提供一种星基高精度电离层延迟编码播发方法。将高精度电离层延迟分解为基于经纬度的低频电离层延迟改正的电离层延迟背景场以及基于经纬度、高度角方位角的高频电离层延迟改正的电离层延迟残差改正。通过将高精度电离层延迟分解为低频项及高频项，同时残差改正采用稀疏矩阵的存储方式，可以极大压缩数据的存储量，为星基播发高精度电离层延迟提供可能。
一、实施例的具体电离层延迟改进模型构建方法如下：
本发明通过PPP静态解算地面参考站相对于不同卫星的斜路径电离层延迟，并将其按照经度、纬度、高度角、方位角划分为不同子网，从而生成基于经纬度划分的电离层延迟背景场以及基于经度、纬度、高度角、方位角划分的电离层延迟残差改正，以此构建准四维电离层延迟模型。用户则可通过获取电离层延迟背景场及电离层延迟残差改正产品计算得到高精度电离层延迟改正。与传统的电离层格网模型相比，本发明充分考虑电离层延迟中传播路径中的方位角、高度角信息，可以在改正电离层延迟低频项的基础上进一步改正其高频项，其模型精度得到了明显提升。
进一步地，提出通过给定经度、纬度、高度角、方位角划分子网个数，依据各子网电离层延迟残差std和最小准则，确定不同维度子网划分区间。然后采用线性内插或球谐函数法构建电离层延迟背景场；扣除背景场并剔除粗差后计算其残差改正值及std，进而生成电离层延迟残差改正产品。用户在使用时，根据观测路径中电离层穿刺点经纬度对电离层延迟背景场线性内插获取各经纬度格网点上低频部分电离层延迟改正，根据穿刺点经纬度、高度角方位角对电离层延迟残差改正产品线性内插获取高频部分电离层延迟残差改正。最后将低频部分及高频部分相加即可获得用户高精度电离层延迟改正。
本发明实施例提供了一种基于准四维模型的电离层延迟方法。在考虑电离层延迟与经经纬度相关的低频项基础上，同时考虑不同传播路径中与高度角及方位角相关的电离层延迟高频项，构建电离层延迟低频改正的电离层延迟背景场模型以及电离层延迟高频改正的电离层延迟残差改正模型，以支持高精度电离层延迟改正。
电离层模型构建及改正的整体架构如附图3所示，主要分为两个部分：电离层延迟模型构建部分和电离层延迟改正部分。
首先是电离层延迟模型构建部分，通过获取基准站观测数据以及精密轨道/钟差等产品，采用PPP静态解算，获取基准站相对于卫星的斜路径电离层延迟；然后通过给定经度/纬度/高度角/方位角划分子网个数，依据各子网电离层延迟残差std和最小准则，确定不同维度子网划分区间；然后采用线性内插或球谐函数法计算各个经纬度格网点上的电离层延迟，从而构建电离层延迟背景场；斜路径电离层延迟在扣除背景场电离层延迟并剔除粗差后计算各个经纬度、高度角、方位角子网内的残差改正值及其延迟残差std，从而生成电离层延迟残差改正产品。
其次是电离层延迟改正部分，获取上述电离层延迟模型构建部分构建的电离层延迟背景场产品及电离层延迟残差改正产品后，根据穿刺点经纬度对电离层延迟背景场线性内插获得各经纬度格网点上低频部分电离层延迟改正；根据穿刺点经度、纬度、高度角、方位角对电离层延迟残差改正产品线性内插获取高频部分电离层延迟残差改正。最后将低频部分电离层延迟改正以及高频部分电离层延迟改正相加即可得到用户所需的高精度电离层延迟改正。
本发明提出采用不同维度不均匀子网划分的电离层延迟背景场和电离层延迟残差改正，其中：
电离层延迟背景场包括与经纬度相关的电离层延迟低频部分。电离层延迟残差改正包括与经度、纬度、高度角、方位角相关的电离层延迟高频部分。
用户在获取电离层延迟模型时分为电离层延迟背景场产品和电离层延迟残差改正产品。
进一步地，所述的电离层延迟背景场，对经度、纬度格网采用不均匀划分。
进一步地，所述的电离层延迟背景场，采用线性内插或球谐函数法构建电离层延迟背景场。
进一步地，所述的电离层延迟残差改正，对经度、纬度、高度角、方位角采用不均匀划分。
实施例提供的方案包括以下两部分：
1、准四维电离层延迟模型构建部分
利用基准站观测数据，构建电离层延迟改正模型供用户使用，具体包括以下步骤：
步骤A1，利用地面基准站观测数据及其参考坐标，结合分析中心给出的精密轨道钟差等产品，静态解算各个历元不同基准站相对于不同卫星的斜路径电离层延迟。
步骤A2，利用预设的经纬度、高度角及方位角划分子网个数，依据不同维度子网内电离层延迟std和最小来进一步确定不同维度子网划分区间。包括步骤：
(1)利用事先给定的经纬度、高度角及方位角划分子网个数，对不同维度参数进行等间隔划分(若不为整数则取整)；
(2)求取不同子网内斜路径电离层延迟std值，并求和；
(3)移动子网划分区间，重新获取不同子网内斜路径电离层延迟std和；
(4)重复步骤(3)，获得所有可能子网划分情况下std和；
(5)选取其中std和最小的子网划分区间作为最优四维电离层子网划分区间。
步骤A3，将步骤A1中解算所得斜路径电离层延迟依据步骤A2所得子网区间划分到不同维度的子网中。
步骤A4，根据步骤A3中划分所得不同维度区间内的斜路径电离层延迟，采用线性内插法或球谐函数法计算步骤A2中划分所得各经纬度格网点上电离层延迟，以此作为准四维电离层延迟改正模型中的背景场产品。
步骤A5，根据步骤A3中划分所得不同维度区间内的斜路径电离层延迟，扣除步骤A4生成电离层延迟背景场上各经纬度电离层延迟，在剔除粗差后计算其电离层延迟残差改正数及std，同时给出对应的子网索引号，以此作为准四维电离层延迟改正模型中的残差改正产品，包括步骤：
(1)利用斜路径电离层延迟在扣除离层延迟背景场上各经纬度电离层延迟后，获得各斜路径电离层延迟上的残差；
(2)剔除同一子网内的斜路径电离层延迟残差中粗差；
(3)计算该子网中剔除粗差后的残差改正均值及其std；
(4)计算对应子网的索引号；
(5)采用稀疏矩阵的存储方式，给出各个四维子网残差改正索引号、改正值及其std作为准四维电离层延迟改正模型中的残差改正。
步骤A6，将步骤A4中生成的电离层延迟背景场以及步骤A5中生成的电离层延迟残差改正配合使用即为准四维电离层延迟改正模型，可以进一步表述为：
其中
为电离层背景延迟，与电离层延迟穿刺点IPP经纬度BIPP,LIPP有关；
为电离层残差延迟，与电离层延迟穿刺点IPP经纬度BIPP,LIPP、高度角EIPP、方位角AIPP有关。
2、准四维电离层延迟改正部分
用户在进行定位解算时，获取电离层延迟产品进行高精度电离层延迟改正，具体包括以下步骤：
步骤B1，输入电离层延迟改正产品，具体分为电离层延迟背景场产品以及电离层延迟残差改正产品。
步骤B2，读取电离层延迟背景场产品用于改正电离层低频项延迟，通过线性内插的方式将相近经纬度格网点上的电离层延迟内插到用户对应经纬度的穿刺点上，以此获得用户背景场电离层延迟改正
包括步骤：
(1)获取用户在某个观测传播路径中电离层穿刺点经纬度；
(2)依据电离层延迟背景场产品子网划分区间确定与该穿刺点相近的四个格网点；
(3)采用线性内插的方式计算该穿刺点电离层延迟，从而获取用户背景场电离层延迟改正。
步骤B3，读取电离层延迟残差改正产品用于改正电离层高频项延迟，通过线性内插的方式将相近经纬度、高度角方位角上的电离层延迟残差改正内插到用户对应经纬度、高度角方位角的穿刺点上，以而获得用户电离层延迟残差改正
包括步骤：
(1)获取用户在某个观测中传播路径电离层穿刺点经纬度、高度角及方位角；
(2)依据电离层延迟残差改正产品中的划分区间确定与该穿刺点相近的格网点；
(3)获取与之相近格网点的索引号用于确定该区间内残差改正值及其std；
(4)采用线性内插的方式对该穿刺点上电离层延迟高频项进行改正，获取用户电离层延迟残差改正。
步骤B4，结合步骤B2中的背景场电离层延迟改正以及步骤B3中的电离层延迟残差改正，所得用户电离层延迟改正可以表述为式(1)。
为便于实施参考起见，提供实施例应用时的准四维电离层延迟划分方法以及用户使用电离层延迟产品具体说明。
本发明中，电离层延迟被分解为背景延迟和残差延迟两部分：
其中
为电离层背景延迟，与电离层延迟穿刺点IPP经纬度BIPP,LIPP有关；
为电离层残差延迟，与电离层延迟穿刺点IPP经纬度BIPP,LIPP、高度角EIPP、方位角AIPP有关。
在通过步骤A1解算不同基准站相对于卫星的斜路径电离层延迟后，通过事先给定的经度、纬度、高度角、方位角四个维度不均匀划分子网个数，以所有子网内电离层延迟std平方和最小为准则，将四个维度参数进行划分得到如下表：
表1.1电离层延迟纬度、经度、高度角、方位角四维度不均匀划分
则格网点总数为：
gn＝m·n·o·p (3)
其中，m为纬度划分格网点个数；n为经度划分格网点个数；o为高度角划分格网点个数；p为方位角划分格网点个数。
对于全局索引号为gi的格网点，其纬度、经度、高度角、方位角分别为：
其中i1、i2、i3、i4分别为格网点gi分别在纬度、经度、高度角、方位角四个维度上的格网点序号；
为向下取整。当纬度、经度、高度角、方位角四个维度格网点序号(i1、i2、i3、i4)已知时，即可获得该格网点全局索引号：
gi＝i1·n·o·p+i2·o·p+i3·p+i4 (5)
电离层背景延迟是电离层时空变化的低频部分，反映电离层随经纬度变化的总体趋势。通过电离层延迟背景场产品对电离层延迟低频项进行改正，其改正方式与GIM改正方式类似。
表1.2经纬度格网电离层背景延迟
设用户穿刺点IPP与周围四个格网点的空间关系如附图4所示，记格网点坐标以及背景电离层延迟VTEC分别为
以及E0,0、E0,1、E1,0、E1,1。设穿刺点经纬度(BIPP,LIPP)可表示为
其中0≤p,q<1，其中p表示穿刺点在
及
两个格网点间距
的比例因子；q表示穿刺点在
及
两个格网点间距
的比例因子。则式(2)中电离层背景延迟可由下式计算：
电离层残差延迟是电离层时空变化的高频部分，在电离层背景延迟基础上，进一步做残差改正。可以采用稀疏存储方式对电离层延迟残差产品中的纬度、经度、高度角、方位角四维不规则格网点全局索引号及其格网点电离层残差延迟进行存储。
表1.3电离层残差延迟
由用户穿刺点IPP的纬度、经度、高度角、方位角(BIPP,LIPP,EIPP,AIPP)，结合表1.3，可检索该穿刺点周边格网点纬度
经度
高度角
方位角
以及其对应序号(i1,i1+1)、(i2,i2+1)、(i3,i3+1)、(i4,i4+1)。进而可采用式(7)获取该四维空间中16个格网点的全局索引号u1 … u16：
其中ui(i＝1、2…16)表示与穿刺点经度、纬度、高度角、方位角相近的子网索引号。
结合16个格网点的全局索引号u，通过表1.3获得其对应电离层残差延迟：
dIu(u∈(u1 … u16)) (8)
设穿刺点在纬度、经度、高度角、方位角四维空间中的向量(BIPP,LIPP,EIPP,AIPP)可表示为：
其中，p表示穿刺点在
及
两个纬度格网点间距
的比例因子；q表示穿刺点在
及
两个经度格网点间距
的比例因子；r表示穿刺点在
及
两个高度角格网点间距
的比例因子；s表示穿刺点在
及
两个方位角格网点间距
的比例因子。
则类似(6)式，可采用线性内插获得用户穿刺点IPP处的电离层残差延迟：
其中dIi(i＝1、2…16)分别表示ui子网索引号内电离层延迟残差改正项。
二、实施例的具体编码播发方法如下：
实施例提供的一种星基高精度电离层延迟编码播发方法，包括以下处理，在现有北斗PPP-B2b信号基本帧结构的技术上，对其Q支路上的信号进行设计，并将高精度电离层延迟编码分为电离层延迟四维子网划分、电离层背景延迟以及电离层残差延迟三个部分：
电离层延迟四维子网划分消息头包含北斗历元时刻、更新间隔以及IODI；消息块包含子集背景延迟编码位数、子集背景延迟精度、子集残差延迟编码位数、子集残差延迟分辨率以及不同维度划分格网点。
电离层背景延迟消息头包含北斗历元时刻、更新间隔、IOD(Issue Of Data，数据龄期变化)、IODI(Issuance Of Data Ionosphere，电离层数据龄期变化)、电离层高度、纬度子集个数及编号内容；消息块包含不同经纬度格网点的电离层延迟改正值。
电离层残差延迟消息头包含北斗历元时刻、更新间隔、IODI以及纬度子集编号；消息块包含不同纬度子集四维格网点电离层延迟残差。
进一步地，电离层延迟四维子网划分编码播发方案中的消息头，IODI标示了电离层延迟格网分割消息数据龄期变化，用户电离层延迟背景和残差改正和分割消息匹配。当电离层延迟格网分割方式发生变化时，IODI加1，从0～7连续循环计数。
进一步地，电离层延迟四维子网划分编码播发方案中的消息块，内容如下：
(1)对后续的电离层背景延迟及电离层残差延迟中的编码位数、精度及分辨率进行编码，用于确定后续电离层延迟改正产品精度。
(2)对后续电离层四维格网点进行编码，用于确定后续电离层延迟改正产品的格网点划分区间。
进一步地，电离层背景延迟编码播发方案中的消息头，内容如下：
(1)IOD：标示电离层模型数据龄期变化，用于进行电离层背景延迟改正与电离层延迟格网分割匹配。
(2)对电离层纬度子集进行编码播发，用于确定后续电离层延迟产品中的纬度子集。
进一步地，电离层残差延迟编码播发方案中的消息头，内容如下：
根据IODI值及纬度子集编号与电离层背景延迟中的消息头进行匹配，从而确定纬度子集、分辨率等内容。
进一步地，电离层残差延迟编码播发方案中的消息块，内容如下：
(1)采用矩阵索引的方式对其电离层残差延迟进行编码播发，极大压缩了产品的数据量。
(2)其格网点编号为该格网点在对应纬度子集中的编号，并可由编号进一步确定格网点经度、纬度、高度角以及方位角信息。
实施例设计与PPP-B2b信号I支路兼容的Q支路电文结构，由数据头，消息段和CRC24校验码组成。其中消息段为具体编码存储精密改正信息的字段，分为消息头与消息块两部分。其中电离层延迟具体编码播发方式分为如下步骤：
(1)电离层延迟四维子网划分
电离层延迟四维子网划分包含消息头、消息块等内容，具体编码方式如下：
步骤A1，对消息头进行编码，具体编码方式见表2.4：
表2.4电离层延迟四维子网划分消息头内容
IODI：标示电离层延迟格网分割消息数据龄期变化，用户电离层延迟背景和残差改正和分割消息匹配。当电离层延迟格网分割方式发生变化时，IODI加1，从0～7连续循环计数。
步骤A2，对消息块进行编码，具体编码方式见表2.5：
表2.5电离层延迟四维子网划分消息块内容
纬度格网数：m个，可根据纬度进一步进行纬度格网切割，该子集最多可能包括m个纬度格网点(分割点1 分割点2 … 分割点m)。
经度格网数：n个，可根据高度角进一步进行经度格网切割，该子集最多可能包括n个经度格网点(分割点1 分割点2 … 分割点n)。
高度角格网数：o个，可根据高度角进一步进行子网切割，该子集最多可能包括o个高度角格网点(分割点1 分割点2 … 分割点o)。
方位角格网数：p个，可根据高度角进一步进行子网切割，该子集最多可能包括p个方位角格网点(分割点1 分割点2 … 分割点p)。
表2.6子集电离层延迟编码位数
表2.7子集电离层背景延迟精度
表2.8子集电离层残差延迟分辨率
| 切割点个数 | 分辨率(TECU) |
| 0 | 0.25 |
| 1 | 0.50 |
| 2 | 0.75 |
| 3 | 1.00 |
表2.9子集电离层延迟纬度、经度、高度角切割点个数
| 切割点个数 | 格网点个数 |
| 0 | 1 |
| 1 | 2 |
| 2 | 3 |
| 3 | 4 |
| 4 | 5 |
| 5 | 6 |
| 6 | 7 |
| 7 | 8 |
| 8 | 9 |
| 9 | 10 |
| 10 | 11 |
| 11 | 12 |
| 12 | 13 |
| 13 | 14 |
| 14 | 15 |
| 15 | 16 |
表2.10子集电离层延迟方位角切割点个数
精度指标：该高度角剖面各经纬度格网点电离层延迟改正精度标记，如表2.11所示。
表2.11精度指标
| 精度指标 | 精度指标(TECU) |
| 0 | 0.25 |
| 1 | 0.5 |
| 2 | 1.0 |
| 3 | 1 |
(2)电离层背景延迟
电离层背景延迟包括消息头、消息块内容，具体编码方式如下：
步骤B1，对消息头进行编码，具体编码方式见表2.12：
表2.12电离层背景延迟消息头内容
IOD：标示电离层模型数据龄期变化，用于进行电离层背景延迟改正与电离层延迟格网分割相匹配。
IODI：标示SSR电离层延迟格网分割消息数据龄期变化，用户电离层背景和残差延迟改正和分割消息匹配。当电离层延迟格网分割方式发生变化时，IODI加1，从0～7连续循环计数。
步骤B2，对消息块进行编码，具体编码方式见表2.13：
表2.13电离层背景延迟消息块内容
VTEC：Vertical Total Electron Content,表示垂直方向总电子含量。
(3)电离层残差延迟
电离层残差延迟包括消息头、消息块内容，具体编码方式如下
步骤C1，对消息头进行编码，具体编码方式见表2.14：
表2.14电离层残差延迟消息头内容
IODI：表示SSR电离层延迟格网分割消息数据龄期变化，用户电离层背景和残差延迟改正和分割消息匹配。当电离层延迟格网分割方式发生变化时，IODI加1，从0～7连续循环计数。
步骤C2，对消息块进行编码，具体编码方式见表2.15：
表2.15电离层残差延迟消息块内容
格网点编码位数x+y+2
其中2x>该子网格网点数，格网点个数由表2.4确定；y＝6,7,8,9，由表2.4和表2.6确定。
该消息块最多编码格网点数n满足，其中floor代表向下取整：
为便于实施参考起见，提供实施例的北斗PPP-B2b信号Q支路电文结果如附图1所示，包括同步头、消息头、消息块以及CRC校验部分，其中消息头包括消息号、北斗历元时刻以及更新间隔，如附图2所示。结合不同太阳活动强弱示意图，可以看到电离层延迟残差存在明显与纬度相关的变化趋势，因此考虑将中国区域划分两个纬度子网。
电离层延迟具体编码播发方式分为如下步骤：
(1)电离层延迟四维子网划分
结合不同年份太阳活动强弱，考虑对纬度子集进行分割，例如可分割为[10 2755]。
1)纬度子集1：纬度范围[10 27]，纬度格网点个数m＝5，经度范围[80 128]，经度格网点个数n＝8，高度角范围[10 90]，高度角格网点个数o＝10，方位角范围[0 360]，方位角格网点个数o＝40，格网值编码位数8，格网值分辨率0.5TECU(高年)或0.25TECU(低年)，该子集总格网点个数5×8×10×40＝16000(214＝16384)，则一个格网延迟表达需要14+8+2＝24bit，其中14位用于编码该格网点索引号，8位用于编码该格网点电离层残差延迟值，2位用于编码该格网点电离层残差精度，见表2.11。
2)纬度子集2：纬度范围[27 55]，纬度格网点个数m＝8，经度范围[70 140]，经度格网点个数n＝10，高度角范围[10 90]，高度角格网点个数o＝10，方位角范围[0 360]，方位角格网点个数o＝40，格网值编码位数7，格网值分辨率0.5TECU(高年)或0.25TECU(低年)，该子集总格网点个数8×10×10×40＝32000(215＝32768)，则一个格网延迟表达需要15+7+2＝24bit，其中15位用于编码该格网点索引号，7位用于编码该格网点电离层残差延迟值，2位用于编码该格网点电离层残差精度，见表2.11。
(2)电离层背景延迟
结合电离层延迟四维子网划分，共有两个子集，则电离层背景延迟编码位数和播发策略如下：
1)子集1包含格网点5×8个，每个格网点编码位数10，编码位数见表2.6，数据范围由表2.7和编码位数相乘确定。子集1消息块编码位数为5×8×10＝400。
2)子集2包含格网点8×10个，每个格网点编码位数9，编码位数见表2.6，数据范围由表2.7和编码位数相乘确定。子集2消息块编码位数为8×10×9＝720。
对于1500bps播发速率时，每包消息的消息段位数为1460，此时电离层背景延迟需要分1包播发完成。
(3)电离层残差延迟
结合电离层延迟四维子网划分，共有两个子集，则电离层残差延迟编码位数和播发策略如下：
1)纬度子集1：纬度范围[10 27]，纬度格网点个数m＝5，经度范围[80 128]，经度格网点个数n＝8，高度角范围[10 90]，高度角格网点个数o＝10，方位角范围]0 360]，方位角格网点个数o＝40，每个格网编码需要24bit，则每包可播发59个格网点。虽然子集1格网点共16000个，但经测算实际上中国区域800个站GPS、BDS双系统有效格网点(由实测站星观测穿过)共约600个，则共需约10包完成播发。
2)纬度子集2：纬度范围]27 55]，纬度格网点个数m＝8，经度范围]70 140]，经度格网点个数n＝10，高度角范围[10 90]，高度角格网点个数o＝10，方位角范围[0 360]，方位角格网点个数o＝40，格网值编码位数7，每个格网编码需要24bit，则每包可播发59个格网点。虽然子集2格网点共32000个，但经测算实际上中国区域800个站GPS、BDS双系统有效格网点(由实测站星观测穿过)共约2000个，则共需约34包完成播发。
具体实施时，本发明技术方案提出的方法可由本领域技术人员采用计算机软件技术实现自动运行流程，实现方法的系统装置例如存储本发明技术方案相应计算机程序的计算机可读存储介质以及包括运行相应计算机程序的计算机设备，也应当在本发明的保护范围内。
在一些可能的实施例中，提供一种星基高精度电离层延迟编码播发系统，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如上所述的一种星基高精度电离层延迟编码播发方法。
在一些可能的实施例中，提供一种星基高精度电离层延迟编码播发系统，包括可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时，实现如上所述的一种星基高精度电离层延迟编码播发方法。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (9)
1.一种星基高精度电离层延迟编码播发方法，其特征在于：将高精度电离层延迟编码分为电离层延迟四维子网划分、电离层背景延迟以及电离层残差延迟三个部分，
电离层延迟四维子网划分消息头包含北斗历元时刻、更新间隔以及IODI；消息块包含子集背景延迟编码位数、子集背景延迟精度、子集残差延迟编码位数、子集残差延迟分辨率以及不同维度划分格网点；所述IODI为电离层数据龄期变化；
电离层背景延迟消息头包含北斗历元时刻、更新间隔、IOD、IODI、电离层高度、纬度子集个数及编号内容；消息块包含不同经纬度格网点的电离层延迟改正值；所述IOD为数据龄期变化；
电离层残差延迟消息头包含北斗历元时刻、更新间隔、IODI以及纬度子集编号；消息块包含不同纬度子集四维格网点电离层延迟残差。
2.如权利要求1所述的星基高精度电离层延迟编码播发方法，其特征在于：所述IODI标示了电离层延迟格网分割消息数据龄期变化，用户电离层延迟背景和残差改正和分割消息匹配，当电离层延迟格网分割方式发生变化时，IODI加1，从0～7连续循环计数。
3.如权利要求1所述的星基高精度电离层延迟编码播发方法，其特征在于：电离层延迟四维子网划分编码播发方案的消息块中，
对后续的电离层背景延迟及电离层残差延迟中的编码位数、精度及分辨率进行编码，用于确定后续电离层延迟改正产品精度；
对后续电离层四维格网点进行编码，用于确定后续电离层延迟改正产品的格网点划分区间。
4.如权利要求1所述的星基高精度电离层延迟编码播发方法，其特征在于：电离层背景延迟编码播发方案的消息头中，
采用IOD标示电离层模型数据龄期变化，用于进行电离层背景延迟改正与电离层延迟格网分割匹配；
对电离层纬度子集进行编码播发，用于确定后续电离层延迟产品中的纬度子集。
5.如权利要求1所述的星基高精度电离层延迟编码播发方法，其特征在于：电离层残差延迟编码播发方案的消息头中，
根据IODI值及纬度子集编号与电离层背景延迟中的消息头进行匹配，从而确定纬度子集、分辨率内容。
6.如权利要求1或2或3或4或5所述的星基高精度电离层延迟编码播发方法，其特征在于：电离层残差延迟编码播发方案的消息块中，
采用矩阵索引的方式对其电离层残差延迟进行编码播发，压缩产品的数据量；格网点编号为该格网点在对应纬度子集中的编号，并由编号进一步确定格网点经度、纬度、高度角以及方位角信息。
7.一种星基高精度电离层延迟编码播发系统，其特征在于：用于实现如权利要求1-6任一项所述的一种星基高精度电离层延迟编码播发方法。
8.根据权利要求6所述星基高精度电离层延迟编码播发系统，其特征在于：包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如权利要求1-6任一项所述的一种星基高精度电离层延迟编码播发方法。
9.根据权利要求6所述星基高精度电离层延迟编码播发系统，其特征在于：包括可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的一种星基高精度电离层延迟编码播发方法。
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