一种电离层电子浓度确定方法技术

本发明专利技术属于空间物理技术领域，公开了一种电离层电子浓度确定方法。本发明专利技术包括：(1)用双频码相位观测值计算天顶方向电子浓度。(2)用双频载波相位观测值计算天顶方向电子浓度(3)通过建立回归方程，求解电离层电子浓度。本发明专利技术提高了电离层电子浓度计算精度，进而可提高信号的电离层延迟修正精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空间物理
，涉及一种电离层电子浓度确定方法。
技术介绍
目前在航天测控、通信导航等
，涉及信号修正时需要计算信号传播路径的电离层电子浓度，通常采用电离层单层模型SLM(Single Layer Model)计算天顶方向电离层电子浓度VTEC。SLM假定电离层中所有的电子集中在一个厚度无限薄的单层(一般选取高度350km)上，使得复杂的电离层结构大大简化。VTEC＝TEC.cosz′上式中VTEC表示天顶方向的电离层电子浓度，TEC表示电离层总电子数，即电离层电子浓度，z′为信号路径与单层的交点处信号方向的天顶距。由此在航天测控等实际工程应用中，通过上式即可将对电离层电子浓度的计算等同于计算天顶方向的电离层电子浓度VTEC。现有的电离层模型是以宁静期全球电离层电子浓度的统计特征为基础建立的，其精度不高，不能满足航天测控通信中站点VTEC计算的需要，尤其在太阳活动期。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种精度较高的确定电离层电子浓度方法，以提高信号电离层延迟计算精度。为实现上述目的，本专利技术提供的电离层电子浓度确定方法，包括以下步骤：步骤一、用双频码相位观测值计算天顶方向电子浓度VTEC1VTEC1＝9.52437(P2-P1)·cosz′+σ1其中，z′为信号路径与单层交点处信号方向的天顶距，P1为第一频点的码相位观测值、P2为第二频点的码相位观测值，σ1＝-9.52437.cosz′B，B表示两个频点的码相位观测值的电离层延迟偏差之差；步骤二、用双频载波相位观测值计算天顶方向电子浓度VTEC2VTEC2＝9.52437[λ1φ1-λ2φ2)+(λ1N1-λ2N2)]·cosz′+σ2其中，λ1为第一频点的载波波长、λ2为第二频点的载波波长，φ1为第一频点载波相位观测值、φ2为第二频点载波相位观测值，N1为第一频点载波的整周模糊度、N2为第二频点载波的整周模糊度，σ2＝9.52437·cosz′·Lg，Lg表示两个频点的载波相位观测值的电离层延迟偏差之差；步骤三、确定申离层电子浓度TECVTEC^=a0+a1VTEC1+a2VTEC2]]>TEC=VTEC^/cosz′]]>其中，为修正后的天顶方向电离层电子浓度，VTEC1为步骤一计算的天顶方向电子浓度，VTEC2为步骤二计算天顶方向电离层电子浓度，a0、a1、a2为修正后的天顶方向电离层电子浓度二元一次方程的回归系数，根据天顶方向电离层电子浓度的历史观测值和其相对应的历史计算值，利用最小二乘法确定a0、a1与a2。本专利技术技术有益效果：本专利技术基于双频信号，综合利用码相位观测值和载波相位观测值，采用线性回归方法，计算考虑了卫星和接收机延迟偏差的天顶方向电离层电子浓度，进而确定信号传播路径的电离层电子浓度。由于采用了高精度双频资料，综合利用了码相位观测值和载波相位观测值，并采用回归方法，将历史资料通过回归系数的确定而应用于电离层电子浓度的计算方程中，达到了提高电离层电子浓度计算精度，进而提高航天测控信号电离层延迟修正精度的目的，在航天测控、通信导航等
具有重要应用价值。附图说明图1是电离层单层模型SLM示意图。图2是本专利技术的电离层电子浓度计算过程流程图。图3是探月卫星航天测控中采用本专利技术方法计算的2010年10月19日电离层电子浓度值示意图。图4是探月卫星航天测控中采用本专利技术方法计算的2010年10月20电离层电子浓度值示意图。图5是采用本专利技术方法确定的电离层电子浓度值进行的电离层延迟修正所计算的轨道残差示意图。图6是采用传统方法确定的电离层电子浓度值进行的电离层延迟修正所计算的轨道残差示意图。具体实施方式下面结合附图，以一次探月卫星任务中测控信号的电离层延迟修正为实例，对本发明做进一步描述。目前在航天测控、通信导航等
中，涉及信号修正时需要计算电离层电子浓度，总电子含量TEC是沿信号传播路径贯穿整个电离层的一个柱体中所包含的总电子数，即沿信号传播路径s′对电子密度Ne进行积分的结果。TEC=∫s′Neds]]>TEC是方向的函数，随信号传播的高度角及方位角而变化；其中方位角影响较小，可以忽略。而对于航天测控信号，采用天顶方向(即高度角为90°时)的TEC进行研究，并记为VTEC。VTEC采用单层模型SLM计算，SLM假定电离层中所有的电子集中在一个厚度无限薄的单层上，单层的高度一般选取350km(电子浓度最大层附近)，SLM使复杂的电离层结构大大简化，如图1所示。由图1看出：VTEC＝TEC.cosz′其中，z′为信号路径与单层的交点P′处信号方向的天顶距，cosz′为倾斜因子。由此对TEC的确定可等同于对VTEC的计算。如果航天器发射两个频率的载波信号，由于两种不同频率的信号沿同一路径传播，两者具有相同的TEC，由此可利用双频信号修正电离层电子浓度计算量。原理如下：对于双频信号，vg、vp，△t、△t′分别为码相位测量、载波相位测量的信号传播速度与时间，那么卫星至接收机的真实距离ρ为：ρ=∫Δtvg·dt=∫ΔtC·(1-40.28·Ne·f-2)·dt=C·Δt-40.28·f-2·∫s′Neds=p-40.28·f-2·∫s′Neds=p-40.28·f-2·TEC---(1)]]>其中，C表示光速，f为频率，P为码相位观测值，λ为载波波长，为相位观测值，N为载波的整周模糊度。上述两个关于ρ的公式表明，由于存在电离层延迟，所以码相位测量的距离比真实距离长，而载波相位所测距离比真实距离短。令码相位测量中的电离层延迟改正为(△ion)G，载波相位测量中的电离层延迟改正为(△ion)P，TEC以1016电子数/米2为单位，信号频率f以GHz为单位，则有：对于调制在L1和L2载波上的测距码所测得的码相位P1和P2而言，其电离层延迟改正分别为：(3)对于L1和L2载波相位而言，其电离层延迟改正分别为：(4)由于电离层延迟与TEC、VTEC之间有上述对应关系，所以建立电离层延迟模型与建立本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电离层电子浓度确定方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、用双频码相位观测值计算天顶方向电子浓度VTEC1VTEC1＝9.52437(P2‑P1)·cosz′+σ1其中，z′为信号路径与单层交点处信号方向的天顶距，P1为第一频点的码相位观测值、P2为第二频点的码相位观测值，σ1＝‑9.52437.cosz′B，B表示两个频点的码相位观测值的电离层延迟偏差之差；步骤二、用双频载波相位观测值计算天顶方向电子浓度VTEC2VTEC2＝9.52437[(λ1φ1‑λ2φ2)+(λ1N1‑λ2N2)]·cosz′+σ2其中，λ1为第一频点的载波波长、λ2为第二频点的载波波长，φ1为第一频点载波相位观测值、φ2为第二频点载波相位观测值，N1为第一频点载波的整周模糊度、N2为第二频点载波的整周模糊度，σ2＝9.52437·cosz′·Lg，Lg表示两个频点的载波相位观测值的电离层延迟偏差之差；步骤三、确定电离层电子浓度TECVTEC^=a0+a1VTEC1+a2VTEC2]]>TEC=VTEC^/cosz′]]>其中，为修正后的天顶方向电离层电子浓度，VTEC1为步骤一计算的天顶方向电子浓度，VTEC2为步骤二计算天顶方向电离层电子浓度，a0、a1、a2为修正后的天顶方向电离层电子浓度二元一次方程的回归系数，根据天顶方向电离层电子浓度的历史观测值和其相对应的历史计算值，利用最小二乘法确定a0、a1与a2。...

【技术特征摘要】
1.一种电离层电子浓度确定方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、用双频码相位观测值计算天顶方向电子浓度VTEC1VTEC1＝9.52437(P2-P1)·cosz′+σ1其中，z′为信号路径与单层交点处信号方向的天顶距，P1为第一频点的码相位观测
值、P2为第二频点的码相位观测值，σ1＝-9.52437.cosz′B，B表示两个频点的码相位
观测值的电离层延迟偏差之差；
步骤二、用双频载波相位观测值计算天顶方向电子浓度VTEC2VTEC2＝9.52437[(λ1φ1-λ2φ2)+(λ1N1-λ2N2)]·cosz′+σ2其中，λ1为第一频点的载波波长、λ2为第二频点的载波波长，φ1为第一频点载波相
位观测值、φ2为第二频点载波...

【专利技术属性】
技术研发人员：周率，毛田，曹建峰，杨光林，王劲松，张效信，张伟，王镓，李黎，刘荟萃，
申请(专利权)人：北京航天飞行控制中心，
类型：发明
国别省市：北京;11