JP6290539B2 - 電離層の電子数を推定する適応的方法 - Google Patents
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Description
−軌道上にある複数の送信航法衛星により送信された無線周波数信号を受信する複数の地上固定受信ビーコンにより実行される測定値の組を収集するステップと、
−測定値の組の各信号について、信号の送信軸と地球を取り巻く表面の交点の空間座標、および当該交点において決定された垂直全電子数を計算するステップにより、交点の空間座標および垂直全電子数からなる点の集団を画定するステップと、
−統計的推定量による、表面の初期メッシュの各ノードについて、垂直全電子数を計算するステップと、
−電離層の2個の所定の外乱レベル、すなわち弱い外乱または強い外乱のいずれかを選択可能にする、初期メッシュの各ノードにおける垂直全電子数の統計的分散分析を行なうステップと、
−以下のステップ、すなわち
・弱い外乱の場合、初期統計的推定量から適切な統計的推定量を画定可能にする計算および
・強い外乱の場合、初期メッシュから表面の新規の適切なメッシュを生成可能にする計算を含むステップと、
−弱い外乱の場合は適切な統計的推定量および初期メッシュにより、または強い外乱の場合には初期統計的推定量および適切なメッシュにより、決定された垂直全電子数の統計的誤差解析を行ない、当該統計的誤差解析により、2個の所定の誤差、すなわち当該方法の適応が妥当であることを意味する小さい誤差、または当該方法の停止を意味する大きい誤差のいずれかを選択可能にするステップと
を含むことを特徴とする。
−初期メッシュIPMの各ノードNiについて、対象ノードNiから所定の閾値S1よりも短い距離に配置された点27の部分集合SEPiを選択するステップと、
−初期メッシュIPMの各ノードNiについて、例えば共分散または最小二乗残差等の統計的方法により計算される、部分集合SEPiの点27の垂直全電子数VTECの局所分散Diを計算するステップと、
−電離層の2個の外乱レベルP1またはP2のいずれかを、局所分散値Diの関数として選択するステップとを含んでいる。
−分布DISTiが集合化可能である場合、部分クラスDAによりメッシュIPMを改良するステップ108を選択すべく、垂直全電子数VTEC値が均一である点27の複数の集合SEPikを画定するか、または
−分布DISTiが確率的である場合、再分割DSによりメッシュIPMを改良するステップ109を選択するか、のいずれかが可能になる。
・σiがni個の点27について決定されたノードNiの空間分散を表すか否か、
・σikがnik個の点27について決定されたノードAMVik(またはSMVik)の空間分散を表すか否か。
ここに、パラメータχは、分散計算に使用できる点27の個数により、分散への重み付けを可能にする。
−新規ノードAMVikおよびSMVikの空間分散が初期メッシュIPMのノードNiの空間分散より小さい場合、または換言すれば、関係(iii)を満たす場合、ステップ112において統計的推定量ESCにより適応型メッシュIPMAの各ノードの垂直全電子数VTECiを計算する。
−新規ノードAMVikおよびSMVikの空間分散が初期メッシュIPMのノードNiの空間分散より大きい場合、または換言すれば関係(iii)を満足されない場合、ステップ111において本方法を停止させる。
−新規ノードAMVikおよびSMVikの空間分散が共に初期メッシュIPMのノードNiの空間分散より小さく、且つ所定の閾値より大きい場合、新規メッシュIPMAの全てのノードの適用される、上述のメッシュを改良するステップ106により新規の計算を開始し、メッシュの拡張が可能であると考えられる。
−弱い外乱(P1)の場合、初期メッシュIPMに対する適応型統計的推定量ESCAにより、垂直全電子数VTECiおよびその空間傾向勾配GSEiを計算するステップと、
−強い外乱(P2)の場合、適応型メッシュIPMAに対する初期統計的推定量ESCにより、垂直全電子数VTECiを計算するステップからなるステップ112を含んでいる。
−対象ノードNiから所定の閾値S4よりも短い距離に配置された点27の部分集合SEPi4の各ノードNiを選択するステップと、
−部分集合SEPi4の各点27について、統計的推定量ESCAにより決定されたノードNiにおける垂直全電子数VTECiと、対象点27の垂直全電子数VTECの差DIFFを計算するステップと、
−各ノードNiについて、例えば共分散または最小二乗残差等の統計的方法により計算される差DIFFの局所分散Di4を計算するステップと、
−2個の所定誤差レベル、すなわち小さい誤差E1または大きい誤差E2のいずれかを、局所分散値Di4の関数として選択するステップとを含んでいる。
−適応型メッシュIPMAの各ノードNi、AMVikまたはSMVikについて、対象ノードNi、AMVikまたはSMVikから所定の閾値S5よりも短い距離に配置された点27の部分集合SEPi5を選択するステップと、
−部分集合SEPi5の各点27について、統計的推定量ESCにより決定されたノードNi、AMVikまたはSMVikにおける垂直全電子数VTECiと、対象点27の垂直全電子数VTECの差DIFを計算するステップと、
−各ノードNi、AMVikまたはSMVikについて、共分散または最小二乗残差等の統計的方法により計算される差DIFの局所分散Di5を計算するステップと、
−2個の誤差レベル、すなわち小さい誤差E1または大きい誤差E2のいずれかを、局所分散値Di5の関数として選択するステップとを含んでいる。
21 受信ビーコン
22 表面
23 信号の組
24 航法衛星
25 電離層
26 集団
27 点
81 面
82 隣接ノード
IGP 電離層格子点
VTEC 垂直全電子数
VTEC1,VTEC2,VTEC3 垂直全電子数
x1,x2,x3,x4 横座標
N1,N2,・・・Nk ノード
IPP 交点
ITL 面
TMV 頂点
DISTi 分布
S,S1,S2 閾値
SEPik 集合
AMVik 新規ノード
SMVik 新規ノード
Claims (12)
- 電離層の電子数を推定する方法において、連続的に実行される以下のステップ、すなわち
−軌道上にある複数の送信航法衛星(24)により送信された無線周波数信号(23)を受信する複数の地上固定受信ビーコン(21)により実行される測定値の組(MSS)を収集するステップ(101)と、
−前記測定値の組(MSS)の前記各信号(23)について、前記信号(23)の送信軸と地球を取り巻く表面(ITL)の交点(IPP)の空間座標、および前記交点(IPP)において決定された垂直全電子数(VTEC)を計算するステップ(102)により、前記交点(IPP)の空間座標および垂直全電子数(VTEC)からなる点(27)の集団(26)を画定するステップと、
−初期統計的推定量(ESC)による、前記表面(ITL)の初期メッシュ(IPM)の各ノード(Ni)について、対象ノード(N i )から所定の第1の閾値Sよりも短い距離に配置された集団(26)の点(27)を考慮に入れて垂直全電子数(VTECi)を計算するステップ(103)と、
−前記電離層の2個の所定の外乱レベル、すなわち弱い外乱(P1)または強い外乱(P2)のいずれかを選択可能にする、前記初期メッシュ(IPM)の前記各ノード(Ni)における垂直全電子数(VTECi)の統計的分散分析(ASD)を行なうステップと、
−以下のステップ、すなわち
・前記弱い外乱(P1)の場合、前記初期統計的推定量(ESC)から適切な統計的推定量(ESCA)を画定可能にする計算(105)および
・前記強い外乱(P2)の場合、前記初期メッシュ(IPM)から前記表面(ITL)の新規の適切なメッシュ(IPMA)を生成可能にする計算(106)を含むステップと、
−前記弱い外乱(P1)の場合は前記適切な統計的推定量(ESCA)および前記初期メッシュ(IPM)により、または前記強い外乱(P2)の場合には前記初期統計的推定量(ESC)および前記適切なメッシュ(IPMA)により、決定された前記垂直全電子数(VTECi)の統計的誤差解析(ASE)を行ない、前記統計的誤差解析(ASE)により、2個の所定の誤差、すなわち前記方法の適応が妥当であること(114)を意味する小さい誤差(E1)、または前記方法の停止(115)を意味する大きい誤差(E2)のいずれかを選択可能にするステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 前記初期統計的推定量(ESC)が、対象ノード(N i )から前記第1の閾値(S)よりも短い距離に配置された集団(26)の点(27)を考慮に入れたカルマンフィルタにより前記メッシュ(IPM)の各ノード(N i )における垂直全電子数(VTECi)を決定することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記表面(ITL)の前記初期メッシュ(IPM)が、1280個の三角面を有し地球を中心とする正多面体を形成すること、および前記初期メッシュ(IPM)の前記各ノード(Ni)が一定の太陽時に従うことを特徴とする、請求項1〜2のいずれか1項に記載の方法。
- 前記統計的分散分析(ASD)が、連続的に実行される以下のステップ、すなわち
−前記初期メッシュ(IPM)の前記各ノード(Ni)について、前記対象ノード(Ni)から所定の第2の閾値(S1)よりも短い距離に配置された点(27)の部分集合(SEPi)を選択するステップと、
−前記初期メッシュ(IPM)の前記各ノード(Ni)について、統計的方法により計算される、前記部分集合(SEPi)の前記点(27)の前記垂直全電子数(VTEC)の局所分散(Di)を計算するステップと、
−前記電離層の2個の外乱レベル(P1、P2)のいずれかを、少なくとも局所分散値(Di)の関数として選択するステップと
を含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 - 前記弱い外乱(P 1 )の場合、適切な統計的推定量(ESCA)を計算するステップ(105)を含み、前記各ノード(Ni)における前記垂直全電子数(VTECi)に加え、前記ノード(Ni)の近傍における前記垂直全電子数の空間傾向勾配(GSEi)を計算可能にすることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記強い外乱(P 2 )の場合、前記初期メッシュ(IPM)の前記各ノード(Ni)に適用される反復的処理に従い、前記初期メッシュ(IPM)から決定される適切な前記メッシュ(IPMA)を計算するステップ(106)を含み、前記ステップ(106)が以下の計算ステップ、すなわち
−前記対象ノード(Ni)から所定の第3の閾値(S2)よりも短い距離に配置された前記初期メッシュ(IPM)の点(27)の分布(DISTi)の分類学的解析を行ない、
・分布(DISTi)が集合化可能である場合、前記垂直全電子数(VTEC)が均一である前記点(27)の複数の集合(SEPik)を画定し、部分クラス(DA)により前記メッシュ(IPM)を改良するステップ(108)を選択するか、または
・前記分布(DISTi)が確率的である場合、再分割(DS)により前記メッシュ(IPM)を改良するステップ(109)を選択するかのいずれかを可能にするステップと、
−前記分布(DISTi)が集合化可能である場合、前記集合(SEPik)ごとに新規メッシュノード(AMVik)を、前記新規ノード(AMVik)の位置が前記集合(SEPik)の前記点(27)の重心に対応するように追加するステップと、
−前記分布(DISTi)が確率的である場合、複数の新規メッシュノード(SMVik)を、前記新規メッシュノード(SMVik)の個数および位置が前記既存ノード(Ni)および所定の再分割支配の関数として画定されるように、追加するステップと
を含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 - 前記集合化可能な分布(DISTi)の場合における新規メッシュノード(AMVik)の位置が前記集合(SEPik)の分布(DISTi)点の重心に対応し、前記集合(SEPik)の分布(DIST i )点の重み(P ik )が、前記点の信号(23)の送信軸と前記点を通る地球(22)に垂直な軸との間で形成される角度に依存し、前記重みにより、送信軸がほぼ垂直である信号(23)から決定される前記集合(SEP ik )の分布(DIST i )点を優先させることができることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
- 以下の2個の再分割規則、すなわち
−新規メッシュノード(SMVik)を、前記ノード(Ni)と、該ノード(N i )に接続された各隣接ノード(82)との間に配置し、前記ノード(Ni)から前記新規メッシュノード(SMV ik )の距離を最小化すべく、1つの隣接ノードに対応する各新規メッシュノード(SMVik)が前記表面(ITL)上で前記ノード(Ni)および前記隣接ノード(82)から等距離に配置されるようにする、および
−新規メッシュノード(SMVik)を、前記新規メッシュノード(SMVik)の位置が前記対象面(81)の前記ノード(Ni、82)の重心に対応するように、前記ノード(Ni)が属する各々の面(81)に配置する、
のうち少なくとも一方を含み、確率分布(DISTi)の場合に複数の新規メッシュノード(SMVik)の追加を可能にすることを特徴とする、請求項6または7のいずれか1項に記載の方法。 - 前記新規メッシュノード(AMVik、SMVik)から所定の閾値よりも短い距離に配置された前記初期メッシュ(IPM)の前記ノード(Ni)を除外するか、または所定の領域外で生成された前記新規メッシュノード(AMVik、SMVik)を除外することを特徴とする、請求項6〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反復的処理の終了後に実行され、前記適切なメッシュ(IPMA)の前記新規ノード(AMVik、SMVik)と前記初期メッシュ(IPM)の前記ノード(Ni)の空間分散を比較して、以下のステップ、すなわち
−前記新規ノード(AMVik、SMVik)の空間分散が前記初期メッシュ(IPM)の前記ノード(Ni)の空間分散より小さい場合、前記統計的推定量(ESC)により前記適切なメッシュ(IPMA)の前記各ノードの前記垂直全電子数(VTECi)を計算するステップ(112)、
−前記新規ノード(AMVik、SMVik)の空間分散が前記初期メッシュ(IPM)の前記ノード(Ni)の空間分散より大きい場合、前記方法を停止させるステップ(111)、
−前記新規ノード(AMVik、SMVik)の空間分散が共に前記初期メッシュ(IPM)の前記ノード(Ni)の空間分散より小さく、且つ所定の閾値より大きい場合、前記新規メッシュ(IPMA)の全てのノードに適用される、メッシュを改良する第2の計算を開始するステップ(106)
のいずれかを選択可能にするステップ(110)を含むことを特徴とする、請求項6〜9のいずれか1項に記載の方法。 - 前記統計的誤差解析(ASE)が、連続的に実行される以下のステップ、すなわち
−前記メッシュ(IPM、IPMA)の前記各ノード(Ni、AMVik、SMVik)について、前記対象ノード(Ni、AMVik、SMVik)から所定の閾値(S4、S5)よりも短い距離に配置された点(27)の部分集合(SEPi4、SEPi5)を選択するステップと、
−前記部分集合(SEPi4、SEPi5)の前記各点(27)について、前記統計的推定量(ESC、ESCA)により決定された前記ノード(Ni、AMVik、SMVik)における前記垂直全電子数(VTECi)と、前記対象点(27)の前記垂直全電子数(VTEC)の差(DIFF、DIF)を計算するステップと、
−前記各ノード(Ni、AMVik、SMVik)について、前記差(DIFF、DIF)の局所分散(Di4、Di5)を計算するステップと、
−2個の所定誤差レベル、すなわち小さい誤差(E1)または大きい誤差(E2)のいずれかを、局所分散値(Di4、Di5)の関数として選択するステップと
を含むことを特徴とする、請求項5または6に記載の方法。 - 前記統計的分散分析(ASD)および誤差解析(ASE)が、1個以上の幾何学的基準から選択される前記表面(ITL)の前記メッシュの前記ノード(Ni、AMVik、SMVik)の部分集合だけを考慮に入れること、および前記基準の1個が太陽に対する前記ノードの位置に関係することを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
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