一种基于区域CORS的电离层延迟修正预报方法技术

本发明专利技术公开了一种基于区域CORS的电离层延迟修正预报方法，包括以下步骤：电离层延迟初值解算，电离层延迟修正值解算，电离层延迟的解算，电离层延迟预报，电离层延迟修正预报。本发明专利技术可根据区域CORS的观测数据，快速地获取电离层延迟，并对电离层延迟进行精化，提高电离层延迟解算的精度。利用Holt-winter模型进行初步预报可以较好地描述电离层延迟的周日性变化，利用Markov模型进行电离层延迟修正预报，可以很好地描述电离层延迟的扰动，组合两种模型可以达到提高电离层延迟预报精度的目的，增加预报结果的可靠性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
-种基于区域CORS的电离层延迟修正预报方法
本专利技术属于卫星导航定位
，具体涉及一种基于区域C0RS的电离层延迟 修正预报方法。
技术介绍
以全球定位系统（Global Positioning System, GPS)技术为代表的卫星空间定位 技术因其全天候、自动化、高精度等特点日益成为导航定位、精密工程测量、地壳变形等领 域的主要手段。电离层延迟已成为GPS定位中最大的误差源，不仅严重降低了 GPS的定位 精度，也限制了其应用领域和定位方法的可选择性。由于电离层的结构与变化规律极为复 杂，目前的理论与方法更多地表现在从定性的角度认识和研究电离层的结构与活动特性， 所得出的用于修正无线电波传播中电离层延迟影响的各种理论模型，不仅改正效果有限， 而且数学描述复杂，难以满足准实时、实时的定位需求。随着研究和应用的不断发展，对电 离层延迟模型的精度和准确性的要求也不断提高，如何进一步提高模型的精度，成为当前 研究的热点。建立和发展大规模的连续运行参考站（Continuously Operating Reference Stations，CORS)，已成为GPS应用技术新的发展趋势。C0RS和电离层的研究是相辅相成的， 一方面，不同尺度、密度的C0RS参考站网为研究全球性或区域特性的电离层提供了技术和 数据平台，可利用C0RS进行精密解算、分析全球或区域电离层的结构及其分布特性；另一 方面，利用电离层的研究成果建立更高精度的电离层延迟模型，有助于提高C0RS的定位精 度。 多项式函数建立电离层延迟模型是由函数的局部性质决定它的整体性质，其分时 间段建模存在不连续问题，拟合曲面的光滑度和逼近精确度之间存在矛盾。此外，由于多项 式函数模型本身是由短时间序列的观测数据拟合得到的，模型在时域上的可扩展性较差， 无法实现对电离层延迟的精确预报。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了消减电离层延迟对卫星导航定位精度的影响，提供一种基于 区域C0RS的电离层延迟建模和修正预报方法。该方法在利用B样条函数模型精化电离层 延迟的基础上，提出了含有更新过程的电离层延迟预报模型，进一步提高了电离层延迟建 模和预报的精度。 为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于区域C0RS的电离层延迟修正预报方法， 包括： (1)电离层延迟概略初值解算： 利用电离层单层模型和载波相位解算出天顶方向的总电子含量（Vertical Total Electron Content, VTEC)： 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于区域CORS的电离层延迟修正预报方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)电离层延迟概略初值解算：利用电离层单层模型和载波相位解算出天顶方向的总电子含量(Vertical Total Electron Content,VTEC)：VTEC=cosz′40.28·f12f22f12-f22[(λ2φ2-λ1φ1)+(λ2N2-λ1N1)-(b2S-b1S)+(b2R-b1R)]]]>其中，z′为穿刺点处的天顶距，即地心至穿刺点方向与接收机至卫星方向的夹角，和分别为载波L1和L2相位观测的卫星硬件延迟，和分别载波L1和L2的接收机硬件延迟，f1和f2分别为载波L1和L2相位的频率，φ1和φ2分别为载波L1和L2的相位观测量，λ1和λ2分别为载波L1和L2相位的波长，N1和N2分别为载波L1和L2的整周模糊度，以周为单位；多项式函数模型将VTEC看作是纬度差和太阳时角差S‑S0的函数，用一个规则的曲面来拟合各穿刺点处的VTEC值，多项式函数模型解算VTEC的表达式如下：S‑S0＝(λ‑λ0)+(t‑t0)其中，nmax、mmax为多项式函数模型的泰勒展开式中的最大维数，Enm为多项式函数模型的系数，为测区中心点的地理纬度，为穿刺点或者星下点的地理纬度，S0为测区中心点在该时段中央时刻t0时的太阳时角，S为穿刺点或者星下点的太阳时角，t为观测时刻(世界时)，λ为穿刺点或者星下点的地理经度，λ0为测区中心点的地理经度；结合单层模型和载波相位解算的VTEC和多项式函数模型解算的VTEC，可以得到多项式函数模型的观测方程的最终形式：利用多项式函数模型的观测方程的最终形式，解算电离层延迟概略初值；(2)电离层延迟修正值解算：根据多项式函数模型解算的误差，利用B样条函数解算电离层延迟的修正值其模型表达式为：其中，mji＝2ji+2，j1、j2为阶数；为模型系数；为二维尺度函数；(3)电离层延迟的解算：根据已解算的电离层延迟的初值和利用B样条函数获取的电离层延迟修正值的模型，拟合出更为精确的电离层延迟：(4)电离层延迟概略预报：根据步骤(3)获得的电离层延迟，利用Holt‑winter(HW)模型进行预报，HW模型的基本公式为：稳定项：St=α(XtIt-L)+(1-α)(St-1-bt-1)]]>趋势项：bt＝γ(St‑St‑1)+(1‑γ)bt‑1季节项：It=β(XtSt)+(1-β)It-L]]>预报：Xt+τ＝(St+τbt)It‑L+τ其中，Xt为t时刻的观测值，St为t时刻的稳定项，It为t时刻的季节项，bt为t时刻的趋势项，Xt+τ为τ期的预测值，τ为预测的期数，L为季节长度，α,β,γ∈[0,1]为平滑参数；(5)电离层延迟修正预报：利用Markov模型对HW模型的预报值进行更新修正，修正模型表达式为：X^t=Xt+F^t]]>其中，为修正后的电离层延迟预报值，Xt为HW模型的预报值，为残差预报值；残差预报值的计算公式为：F^t+k=Xt×Et×P(k)]]>其中，Xt为t时刻的电离层延迟，Et为t时刻的Markov链的数据序列状态(以E1,E2,…,En表示，对应转移时间t1,t2,…,tn)，P(k)为k步状态转移概率矩阵，其计算公式为：P(k)=P11kP12k...P1(j-1)kP1jkP21kP22k...P2(j-1)kP2jkP31kP32k...P3(j-1)kP3jk...............Pj1kPj2k...Pj(j-1)kPjjk]]>其中，表示数列由状态Ei经过k步变为Ej的概率，即：Pij(k)=nij(k)/Ni]]>其中，表示状态Ei经过k步变为Ej的次数，Ni表示状Ei出现的总次数。...

【技术特征摘要】
1. 一种基于区域CORS的电离层延迟修正预报方法，其特征在于：包括以下步骤： (1) 电离层延迟概略初值解算： 利用电离层单层模型和载波相位解算出天顶方向的总电子含量（Vertical Total Electron Content, VTEC)：其中，y为穿刺点处的天顶距，即地心至穿刺点方向与接收机至卫星方向的夹角，f 和#分别为载波Q和L2相位观测的卫星硬件延迟，和g分别载波Q和L2的接收机硬 件延迟，和f2分别为载波U和L2相位的频率，Φ i和Φ2分别为载波Q和L2的相位观测 量，λ i和λ 2分别为载波Q和L2相位的波长，&和N2分别为载波Q和L 2的整周模糊度， 以周为单位； 多项式函数模型将VTEC看作是纬度差外和太阳时角差S-&的函数，用一个规则的 曲面来拟合各穿刺点处的VTEC值，多项式函数模型解算VTEC的表达式如下：S~S〇 = ( λ - λ 〇) + (t-t〇) 其中，!!_、!!!_为多项式函数模型「7^<：7(仍5')的泰勒展开式中的最大维数，ΕΜ为多项式 函数模型r/^C'(r/vS')的系数，％为测区中心点的地理纬度，^为穿刺点或者星下点的地理 纬度，\为测区中心点在该时段中央时刻h时的太阳时角，S为穿刺点或者星下点的太阳 时角，t为观测时刻（世界时），λ为穿刺点或者星下点的地理经度，λ。为测区中心点的地 理经度； 结合单层模型和载波相位解算的VTEC和多项式函数模型解算的VTEC，可以得到多项 式函数模型的观测方程的最终形式：利用多项式函数模型的观测方程的最终形式，解算电...

【专利技术属性】
技术研发人员：席广永，朱付保，刘嘉，王华，杨静，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南;41