CN116243350A - 电离层产品的产品数据处理方法、装置和计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电离层产品的产品数据处理方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。方法包括：通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量；基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型；基于修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量。采用本方法能够提高电离层产品的产品数据精度。
Description
技术领域
本申请涉及全球导航卫星系统技术领域，特别是涉及一种电离层产品的产品数据处理方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。
背景技术
电离层处于地面以上约60公里到1000公里范围之内，对穿过电离层的无线电波产生反射、散射、吸收和折射等效应。
相关技术中，电离层产品的时间分辨率较小，播发间隔时间较长，导致电离层产品播放的产品数据与实测的电离层数据误差较大，进而导致电离层产品的产品数据的精度较低。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种电离层产品的产品数据处理方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，能够提高电离层产品的产品数据精度。
第一方面，本申请提供了一种电离层产品的产品数据处理方法。所述方法包括：
通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；
基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量；
基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型；
基于修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量。
在其中一个实施例中，基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量，包括：
获取全球导航卫星系统的观测数据，基于观测数据选取目标区域的观测数据；
基于目标区域的观测数据，通过非差非组合的观测方程确定电离层总电子含量；
对电离层总电子含量进行投影，得到当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量。
在其中一个实施例中，当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量包括多个预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量；
基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型，包括：
对于每个预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量，基于预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量计算预设时刻对应的穿刺点值；
基于当前历元对应的球谐函数模型，确定穿刺点值对应的电离层垂直总电子含量预测值；
基于穿刺点值和产品数据，确定预设时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；
采用卡尔曼滤波，基于电离层垂直总电子含量预测值和第二电离层垂直总电子含量，修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到预设时刻对应的修正后的球谐函数模型；
将预设时刻对应的修正后的球谐函数模型作为当前历元对应的球谐函数模型，重复执行上述修正当前历元对应的球谐函数模型的系数的过程，直至预设时刻对应的修正后的球谐函数模型满足卡尔曼滤波的收敛条件，得到修正后的球谐函数模型。
在其中一个实施例中，基于穿刺点值和产品数据，确定预设时刻对应的第二电离层垂直总电子含量，包括：
通过经纬度与时间插值公式，基于穿刺点值和产品数据，确定预设时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；
经纬度与时间插值公式为：
其中，E(B,L,t)是预设时刻t的第二电离层垂直总电子含量，B和L分别为穿刺点值对应的纬度和经度，E(B,L,Ti+1)是产品数据中Ti+1时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；E(B,L,Ti)是产品数据中Ti时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；Ti<t<Ti+1。
在其中一个实施例中，采用卡尔曼滤波，基于电离层垂直总电子含量预测值和第二电离层垂直总电子含量，修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到预设时刻对应的修正后的球谐函数模型，包括：
基于电离层垂直总电子含量预测值和第二电离层垂直总电子含量，确定待选电离层垂直总电子含量；
基于卡尔曼滤波对应的矩阵，以及待选电离层垂直总电子含量，修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型。
在其中一个实施例中，基于电离层垂直总电子含量预测值和第二电离层垂直总电子含量，确定待选电离层垂直总电子含量，包括：
确定第二电离层垂直总电子含量和电离层垂直总电子含量预测值之间的差值，得到待选电离层垂直总电子含量。
第二方面，本申请还提供了一种电离层产品的产品数据处理装置。所述装置包括：
通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；
基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量；
基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型；
基于修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量。
第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；
基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量；
基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型；
基于修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；
基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量；
基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型；
基于修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量。
第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；
基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量；
基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型；
基于修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量。
上述电离层产品的产品数据处理方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品，通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量，基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型，基于修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量；通过全球导航卫星系统的观测数据，确定的第一电离层垂直总电子含量的时间精度较高，通过产品数据结合第一电离层垂直总电子含量，修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，通过修正后的球谐函数模型，可以得到时间精度较高的目标电离层垂直总电子含量，提高了电离层产品的产品数据精度。
附图说明
图1为一个实施例中电离层产品的产品数据处理方法的应用环境图；
图2为一个实施例中电离层产品的产品数据处理方法的流程示意图；
图3为另一个实施例中电离层产品的产品数据处理方法的流程示意图；
图4为一个实施例中电离层产品的产品数据处理装置的结构框图；
图5为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例提供的电离层产品的产品数据处理方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，终端102通过网络与服务器104进行通信。数据存储系统可以存储服务器104需要处理的数据。数据存储系统可以集成在服务器104上，也可以放在云上或其他网络服务器上。
终端102通过电离层产品在服务器104上获取产品数据，通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型，终端102基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量；终端102基于第一电离层垂直总电子含量，修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型；终端102基于修正后的球谐函数模型修正产品数据，得到目标产品数据。
其中，终端102可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、物联网设备和便携式可穿戴设备，物联网设备可为智能音箱、智能电视、智能空调、智能车载设备等。便携式可穿戴设备可为智能手表、智能手环、头戴设备等。服务器104可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种电离层产品的产品数据处理方法，以该方法应用于图1中的终端为例进行说明，包括以下步骤：
步骤S202，通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型。
其中，电离层产品为全球电离层地图(global ionospheric map，GIM)。
具体地，产品数据可以是电离层地图；电离层产成品获取到UPC发布的电离层地图；UPC是一个国际全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)服务，可以提供实时的全球电离层图，UPC发布的产品数据的时间间隔为15分钟，覆盖的纬度范围为87.5°N～87.5°S。
示例性地，电离层地图的产品数据如表1所示；表1中的产品数据包括97个历元对应的电离层地图。
表1
具体地，球谐函数模型如公式(1)所示。
其中，
是n次m阶经典勒让德函数，β是穿刺点值对应的地心纬度，anm和bnm是球谐函数模型的系数，λs是穿刺点的日固经度；λs表达式公式(2)所示。
其中，λS是穿刺点的日固经度，λIPP表示穿刺点处的经度，λ0表示地心与太阳连线的经度，t是预设时刻对应的秒数。
步骤S204，基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量。
其中，目标区域可以为通过经度和纬度表示的任意位置。全球导航卫星系统的观测数据包括但不限于：GNSS观测站数据、钟差文件和星历文件；电离层垂直总电子含量(Vertical Total Electron Content,VTEC)是垂直于测站上方的电离层单位面积柱体中电子总数。将通过全球导航卫星系统的观测数据确定的电离层垂直总电子含量记为第一电离层垂直总电子含量。
具体地，获取全球导航卫星系统的观测数据，通过目标区域对应的经纬度对全球导航卫星系统的观测数据进行筛选，得到目标区域的全球导航卫星系统的观测数据。基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，通过非差非组合精密单点定位技术(PrecisePoint Positioning，PPP)，确定第一电离层垂直总电子含量。
步骤S206，基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型。
其中，通过全球导航卫星系统的观测数据确定的第一电离层垂直总电子含量的时间精度高于产品数据对应的时间精度。示例性地，UPC发布的产品数据的时间间隔为15分钟，基于全球导航卫星系统的观测数据，可以确定时间间隔为30秒的第一电离层垂直总电子含量。
具体地，通过第一电离层垂直总电子含量确定当前历元中预设时刻的第一电离层垂直总电子含量，需要说明的是，当产品数据的时间间隔为15分钟时，当前历元为15分钟对应的时段，当前历元中的预设时刻即15分钟对应时段中的一个时刻。采用卡尔曼滤波，通过预设时刻的第一电离层垂直总电子含量和产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型。
步骤S208，基于修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量。
具体地，通过修正后球谐函数模型，可以确定任意时刻，任意经纬度的电离层垂直总电子含量，将目标时刻，以及目标区域下的目标位置输入至修正后的球谐函数模型，通过修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量。
在上述电离层产品的产品数据处理方法中，通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量，基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型，基于修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量；通过全球导航卫星系统的观测数据，确定的第一电离层垂直总电子含量的时间精度较高，通过产品数据结合第一电离层垂直总电子含量，修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，通过修正后的球谐函数模型，可以得到时间精度较高的目标电离层垂直总电子含量，提高了电离层产品的产品数据精度。
在一些实施例中，基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量，包括：获取全球导航卫星系统的观测数据，基于观测数据选取目标区域的观测数据；基于目标区域的观测数据，通过非差非组合的观测方程确定电离层总电子含量；对电离层总电子含量进行投影，得到当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量。
具体地，非差非组合PPP观测方程如公式(3)所示。
其中，IF为消电离层组合，LIF为消电离层组合载波相位观测值，PIF为消电离层组合码观测值，ρ是观测的距离值，
是接收机的钟差；/>
是卫星的钟差，/>
是接收机的硬件延迟，/>
卫星的硬件延迟，T是对流层的延迟，εP是伪距的观测噪声，εL是载波相位的观测噪声，NIF为消电离层组合模糊度，/>
是接收机的相位延迟，/>
是卫星的相位延迟。
对于非差非组合PPP观测方程进行变化，可以得到初始电离层延迟的计算公式，根据目标区域的全球导航卫星系统的观测数据和初始电离层延迟的计算公式，计算得到初始电离层延迟。通过电离层延迟修正公式对初始电离层延迟进行修正，得到电离层延迟，基于电离层延迟计算得到电离层总电子含量，对电离层总电子含量进行投影变换得到第一电离层垂直总电子含量。
电离层延迟修正公式如公式(4)所示。
其中，
是初始电离层延迟，I1是初始电离层延迟，γ2是伪距频段的平方与载波频段的平方之间的比值，DCBr是接收机的偏差，/>
是卫星的偏差。
可以通过投影公式，对电离层总电子含量进行投影变换得到第一电离层垂直总电子含量，投影公式如公式(5)所示。
其中，TEC是电离层总电子含量，VTEC是第一电离层垂直总电子含量，Z是高度角，R是地球半径，H是穿刺点距离地面的高度。
在一些实施例中，第一电离层垂直总电子含量包括多个预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量；基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型，包括：对于每个预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量，基于预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量计算预设时刻对应的穿刺点值；基于当前历元对应的球谐函数模型，确定穿刺点值对应的电离层垂直总电子含量预测值；基于穿刺点值和产品数据，确定预设时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；采用卡尔曼滤波，基于电离层垂直总电子含量预测值和第二电离层垂直总电子含量，修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到预设时刻对应的修正后的球谐函数模型；将预设时刻对应的修正后的球谐函数模型作为当前历元对应的球谐函数模型，重复执行上述修正当前历元对应的球谐函数模型的系数的过程，直至预设时刻对应的修正后的球谐函数模型满足卡尔曼滤波的收敛条件，得到修正后的球谐函数模型。
具体地，多个预设时刻是当前历元对应时段中的多个时刻；比如当前历元对应00:00至00:15这一时段，多个预设时刻为00:00至00:15这一时段中的多个时刻。在实际应用中，基于多个预设时刻各自对应的第一电离层垂直总电子含量，按照多个预设时刻从早到晚的顺序，依次对当前历元对应的球谐函数模型的系数进行修正。
以基于一个预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量对当前历元对应的球谐函数模型的系数进行修正为例进行说明。
基于该预设时刻的第一电离层垂直总电子含量，确定该预设时刻对应的穿刺点值，通过当前历元对应的球谐函数模型对该穿刺点值进行估计，得到相应的电离层垂直总电子含量预测值，如公式(6)所示。
其中，VTECIPP,0是电离层垂直总电子含量预测值，
是n次m阶勒让德函数，β是穿刺点值对应的地心纬度，anm和bnm是当前历元对应的球谐函数模型的系数，λs是穿刺点的日固经度。
基于穿刺点值和产品数据，采用插值方式确定预设时刻对应的第二电离层垂直总电子含量，采用卡尔曼滤波，基于电离层垂直总电子含量预测值和第二电离层垂直总电子含量，修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到预设时刻对应的修正后的球谐函数模型。将预设时刻对应的修正后的球谐函数模型作为当前历元对应的球谐函数模型，重复执行上述修正当前历元对应的球谐函数模型的系数的过程，直至预设时刻对应的修正后的球谐函数模型满足卡尔曼滤波的收敛条件，得到修正后的球谐函数模型。
示例性地，当前历元对应的球谐函数模型的系数为anm和bnm，基于第1个预设时刻的第一电离层垂直总电子含量对当前历元对应的球谐函数模型的系数进行修正，修正后的球谐函数模型的系数为anm|1和bnm|1；基于第2个预设时刻的第一电离层垂直总电子含量对修正后的球谐函数模型的系数进行修正，修正后的球谐函数模型的系数为anm|2和bnm|2；基于第h个预设时刻的第一电离层垂直总电子含量对修正后的球谐函数模型的系数进行修正，修正后的球谐函数模型的系数为anm|h和bnm|h，假设系数为anm|h和bnm|h的修正后的球谐函数模型，已经满足卡尔曼滤波的收敛条件，则将卡尔曼滤波的收敛条件系数为bnm|h和bnm|h的球谐函数模型，作为修正后的球谐函数模型。
在一些实施例中，基于穿刺点值和产品数据，确定预设时刻对应的第二电离层垂直总电子含量，包括：通过经纬度与时间插值公式，基于穿刺点值和产品数据，确定预设时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；经纬度与时间插值公式如公式(7)所示。
其中，E(B,L,t)是预设时刻t的第二电离层垂直总电子含量，B和L分别为穿刺点值对应的纬度和经度，E(B,L,Ti+1)是产品数据中Ti+1时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；E(B,L,Ti)是产品数据中Ti时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；Ti<t<Ti+1。
在一些实施例中，采用卡尔曼滤波，基于电离层垂直总电子含量预测值和第二电离层垂直总电子含量，修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到预设时刻对应的修正后的球谐函数模型，包括：基于电离层垂直总电子含量预测值和第二电离层垂直总电子含量，确定待选电离层垂直总电子含量；基于卡尔曼滤波对应的矩阵，以及待选电离层垂直总电子含量，修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型。
具体地，基于电离层垂直总电子含量预测值和第二电离层垂直总电子含量，确定待选电离层垂直总电子含量，通过卡尔曼滤波对应的矩阵，以及待选电离层垂直总电子含量，修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，如公式(8)所示。
其中，anm|1和bnm|1是修正后的球谐函数模型的系数，anm,bnm是当前历元对应的球谐函数模型的系数，Kk是卡尔曼滤波对应的矩阵，VVTEC是待选电离层垂直总电子含量。
在一些实施例中，基于电离层垂直总电子含量预测值和第二电离层垂直总电子含量，确定待选电离层垂直总电子含量，包括：确定第二电离层垂直总电子含量和电离层垂直总电子含量预测值之间的差值，得到待选电离层垂直总电子含量。
具体地，根据公式(9)确定待选电离层垂直总电子含量。
VVTEC＝VTECGNSS-VTECIPP,0 (9)
其中，VVTEC是待选电离层垂直总电子含量，VTECIPP,0是电离层垂直总电子含量预测值，VTECGNSS是第二电离层垂直总电子含量。
在一些实施例中，将上述修正当前历元对应的球谐函数模型的系数的步骤，扩展至多个历元，比如在得到当前历元对应的球谐函数模型后，基于下一历元对应的第一电离层垂直总电子含量，对当前历元对应的球谐函数模型进行修正，得到下一历元对应的球谐函数模型。
在一些实施例中，如图3所示，电离层产品的产品数据处理方法包括：
S301，通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；
S302，获取全球导航卫星系统的观测数据，基于观测数据选取目标区域的观测数据；
S303，基于目标区域的观测数据，通过非差非组合的观测方程确定电离层总电子含量；
S304，对电离层总电子含量进行投影，得到当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量；
S305，第一电离层垂直总电子含量包括多个预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量；对于每个预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量，基于预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量计算预设时刻对应的穿刺点值；
S306，基于当前历元对应的球谐函数模型，确定穿刺点值对应的电离层垂直总电子含量预测值；
S307，基于穿刺点值和产品数据，确定预设时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；
S308，确定第二电离层垂直总电子含量和电离层垂直总电子含量预测值之间的差值，得到待选电离层垂直总电子含量；
S309，基于卡尔曼滤波对应的矩阵，以及待选电离层垂直总电子含量，修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型；
S310，将预设时刻对应的修正后的球谐函数模型作为当前历元对应的球谐函数模型，重复执行上述修正当前历元对应的球谐函数模型的系数的过程，直至预设时刻对应的修正后的球谐函数模型满足卡尔曼滤波的收敛条件，得到修正后的球谐函数模型；
S311，基于修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量。
应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在上述电离层产品的产品数据处理方法中，通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量，基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型，基于修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量；通过全球导航卫星系统的观测数据，确定的第一电离层垂直总电子含量的时间精度较高，通过产品数据结合第一电离层垂直总电子含量，修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，通过修正后的球谐函数模型，可以得到时间精度较高的目标电离层垂直总电子含量，提高了电离层产品的产品数据精度。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的电离层产品的产品数据处理方法的电离层产品的产品数据处理装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个电离层产品的产品数据处理装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于电离层产品的产品数据处理方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种电离层产品的产品数据处理装置，包括：球谐函数模型构建模块、第一电离层垂直总电子含量确定模块、模型修正模块和目标电离层垂直总电子含量确定模块，其中：
球谐函数模型构建模块，用于通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；
第一电离层垂直总电子含量确定模块，用于基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量；
模型修正模块，用于基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型；
目标电离层垂直总电子含量确定模块，用于基于修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量。
在一些实施例中，第一电离层垂直总电子含量确定模块，包括：
观测数据获取单元，用于获取全球导航卫星系统的观测数据，基于观测数据选取目标区域的观测数据；
电离层总电子含量确定单元，用于基于目标区域的观测数据，通过非差非组合的观测方程确定电离层总电子含量；
第一电离层垂直总电子含量确定单元，用于对电离层总电子含量进行投影，得到当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量。
在一些实施例中，第一电离层垂直总电子含量包括多个预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量；模型修正模块包括：
穿刺点值确定单元，用于对于每个预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量，基于预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量计算预设时刻对应的穿刺点值；
电离层垂直总电子含量预测值确定单元，用于基于当前历元对应的球谐函数模型，确定穿刺点值对应的电离层垂直总电子含量预测值；
第二电离层垂直总电子含量确定单元，用于基于穿刺点值和产品数据，确定预设时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；
系数修正单元，用于采用卡尔曼滤波，基于电离层垂直总电子含量预测值和第二电离层垂直总电子含量，修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到预设时刻对应的修正后的球谐函数模型；
迭代单元，用于将预设时刻对应的修正后的球谐函数模型作为当前历元对应的球谐函数模型，重复执行上述修正当前历元对应的球谐函数模型的系数的过程，直至预设时刻对应的修正后的球谐函数模型满足卡尔曼滤波的收敛条件，得到修正后的球谐函数模型。
在一些实施例中，第二电离层垂直总电子含量确定单元，具体用于：
通过经纬度与时间插值公式，基于穿刺点值和产品数据，确定预设时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；
经纬度与时间插值公式为：
其中，E(B,L,t)是预设时刻t的第二电离层垂直总电子含量，B和L分别为穿刺点值对应的纬度和经度，E(B,L,Ti+1)是产品数据中Ti+1时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；E(B,L,Ti)是产品数据中Ti时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；Ti<t<Ti+1。
在一些实施例中，系数修正单元，具体用于基于电离层垂直总电子含量预测值和第二电离层垂直总电子含量，确定待选电离层垂直总电子含量；基于卡尔曼滤波对应的矩阵，以及待选电离层垂直总电子含量，修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型。
在一些实施例中，系数修正单元，还具体用于确定第二电离层垂直总电子含量和电离层垂直总电子含量预测值之间的差值，得到待选电离层垂直总电子含量。
上述电离层产品的产品数据处理装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图5所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口、显示单元和输入装置。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接，通信接口、显示单元和输入装置通过输入/输出接口连接到系统总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种电离层产品的产品数据处理方法。该计算机设备的显示单元用于形成视觉可见的画面，可以是显示屏、投影装置或虚拟现实成像装置。显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；
基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量；
基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型；
基于修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；
基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量；
基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型；
基于修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；
基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量；
基于第一电离层垂直总电子含量，以及产品数据修正当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型；
基于修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据，且相关数据的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电离层产品的产品数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：
通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；
基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定所述当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量；
基于所述第一电离层垂直总电子含量，以及所述产品数据修正所述当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型；
基于所述修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定所述当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量，包括：
获取全球导航卫星系统的观测数据，基于所述观测数据选取所述目标区域的观测数据；
基于所述目标区域的观测数据，通过非差非组合的观测方程确定电离层总电子含量；
对所述电离层总电子含量进行投影，得到所述当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量包括多个预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量；
所述基于所述第一电离层垂直总电子含量，以及所述产品数据修正所述当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型，包括：
对于每个预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量，基于所述预设时刻对应的第一电离层垂直总电子含量计算所述预设时刻对应的穿刺点值；
基于当前历元对应的球谐函数模型，确定所述穿刺点值对应的电离层垂直总电子含量预测值；
基于所述穿刺点值和所述产品数据，确定所述预设时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；
采用卡尔曼滤波，基于所述电离层垂直总电子含量预测值和所述第二电离层垂直总电子含量，修正所述当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到所述预设时刻对应的修正后的球谐函数模型；
将所述预设时刻对应的修正后的球谐函数模型作为当前历元对应的球谐函数模型，重复执行上述修正所述当前历元对应的球谐函数模型的系数的过程，直至所述预设时刻对应的修正后的球谐函数模型满足所述卡尔曼滤波的收敛条件，得到修正后的球谐函数模型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述穿刺点值和所述产品数据，确定所述预设时刻对应的第二电离层垂直总电子含量，包括：
通过经纬度与时间插值公式，基于所述穿刺点值和所述产品数据，确定所述预设时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；
所述经纬度与时间插值公式为：
其中，E(B,L,t)是预设时刻t的第二电离层垂直总电子含量，B和L分别为穿刺点值对应的纬度和经度，E(B,L,Ti+1)是所述产品数据中Ti+1时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；E(B,L,Ti)是所述产品数据中Ti时刻对应的第二电离层垂直总电子含量；Ti<t<Ti+1。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用卡尔曼滤波，基于所述电离层垂直总电子含量预测值和所述第二电离层垂直总电子含量，修正所述当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到所述预设时刻对应的修正后的球谐函数模型，包括：
基于所述电离层垂直总电子含量预测值和所述第二电离层垂直总电子含量，确定待选电离层垂直总电子含量；
基于卡尔曼滤波对应的矩阵，以及所述待选电离层垂直总电子含量，修正所述当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述电离层垂直总电子含量预测值和所述第二电离层垂直总电子含量，确定待选电离层垂直总电子含量，包括：
确定所述第二电离层垂直总电子含量和所述电离层垂直总电子含量预测值之间的差值，得到待选电离层垂直总电子含量。
7.一种电离层产品的产品数据处理装置，其特征在于，所述装置包括：
球谐函数模型构建模块，用于通过电离层产品获取产品数据，确定当前历元对应的球谐函数模型；
第一电离层垂直总电子含量确定模块，用于基于目标区域的全球导航卫星系统的观测数据，确定所述当前历元对应的第一电离层垂直总电子含量；
模型修正模块，用于基于所述第一电离层垂直总电子含量，以及所述产品数据修正所述当前历元对应的球谐函数模型的系数，得到修正后的球谐函数模型；
目标电离层垂直总电子含量确定模块，用于基于所述修正后的球谐函数模型确定目标电离层垂直总电子含量。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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|---|---|---|---|
| CN202211704380.8A CN116243350A (zh) | 2022-12-29 | 2022-12-29 | 电离层产品的产品数据处理方法、装置和计算机设备 |
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| CN202211704380.8A CN116243350A (zh) | 2022-12-29 | 2022-12-29 | 电离层产品的产品数据处理方法、装置和计算机设备 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN116243350A true CN116243350A (zh) | 2023-06-09 |
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| CN (1) | CN116243350A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117055079B (zh) * | 2023-10-12 | 2023-12-22 | 中国科学院国家空间科学中心 | 总电子含量确定方法、装置、电子设备及可读存储介质 |
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2022
- 2022-12-29 CN CN202211704380.8A patent/CN116243350A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117055079B (zh) * | 2023-10-12 | 2023-12-22 | 中国科学院国家空间科学中心 | 总电子含量确定方法、装置、电子设备及可读存储介质 |
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