一种基于观测弱区补偿的布站设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于观测弱区补偿的布站设计方法，包括如下步骤：步骤1，现有站网观测能力评估：步骤2，观测弱区选择：步骤3，投影点计算与空间分布概率统计：步骤4，增补观测站点选择：步骤5，补偿后观测能力计算和新增站址确定。本发明专利技术所公开的方法，基于观测弱区投影的概率统计分析，可以得出定量的最优化新增站点位置，对电离层地基监测网络规划具有重要意义。该方法还可用于对现有站网观测能力的定量评估，对更准确掌握现有观测体系监测能力具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于观测弱区补偿的布站设计方法
本专利技术属于电离层探测
，特别涉及该领域中的一种基于观测弱区补偿的布站设计方法。
技术介绍
GNSS地基测量因其成本低廉、分布广泛、占用空间小、测量精度高等优点已经成为电离层环境监测最为重要的技术手段之一。我国在电波环境观测站网已经部署了GNSS诊断系统，然而在系统部署时主要依据现有站点条件进行了布设，布设系统组成观测网络后，站网布局是否合理，整体观测能力是否处于最优化的状态，增补观测站点如何选择，进而使其能有效提升站网观测性能，没有定量的布站设计方法。因此，开展现有观测站网观测能力评估，并在观测弱区分析基础上，实现定量的布站设计，成为站网规划亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种基于观测弱区补偿的布站设计方法。本专利技术采用如下技术方案：一种基于观测弱区补偿的布站设计方法，其改进之处在于，包括如下步骤：步骤1，现有站网观测能力评估：基于现有观测站点站址位置，计算观测站与GNSS卫星星地链路连线的电离层穿刺点，通过穿刺点的统计，得出站网电离层观测的空间覆盖能力；步骤2，观测弱区选择：寻找站网观测能力空间分布图中，观测次数小于门限值的点作为观测弱区位置；步骤3，投影点计算与空间分布概率统计：计算GNSS卫星—观测弱区点连线的地面投影点位置，并对其空间分布概率进行统计，得到投影点概率空间分布图；假设投影点位置(x,y,z)，卫星位置(x0,y0,z0)，观测弱区位置(x1,y1,z1)，则投影点位置同时满足如下的球面方程和直线方程：其中R为投影点距地心距离，先消除球面方程中的y和z，因此将直线方程的第一第二式和第一第三式联立，求得y，z为：令则：y＝k1(x-x0)+y0(4)z＝k2(x-x0)+z0(5)带入球面方程有：x2+k12(x-x0)2+2y0k1(x-x0)+y02+k22(x-x0)2+2z0k2(x-x0)+z02-R2＝0(6)多项式分解可得：合并同类项可得：所以有：ax2+bx+c＝0(9)其中：若Δ＝b2-4ac≥0，则二次方程有两个解：两点分别位于地球的两侧，除卫星与释放扰动区域连线是否可以与地球表面相交这一判据外，上述求解方法须满足x≠x0，当x＝x0，可用y求解，此时有：其中：而x，z可表示为：x＝k1(y-y0)+x0(16)z＝k2(y-y0)+z0(17)同理对x＝x0，y＝y0时，可利用z求解：其中：而x，z可表示为：y＝k1(z-z0)+y0(22)x＝k2(z-z0)+x0(23)所求得的两个交叉点，使用如下判据进行取舍：d＝min(d1,d2)(25)取距扰动点位置较近的卫星投影点；步骤4，增补观测站点选择：依据投影点概率空间分布图，选择投影点密集区域作为增补观测站点的位置；步骤5，补偿后观测能力计算和新增站址确定：计算增补站点后观测站网的观测能力空间分布，评判观测弱区是否得到有效补偿，进而确定增补观测站点位置，完成站网规划设计。本专利技术的有益效果是：本专利技术所公开的方法，基于观测弱区投影的概率统计分析，可以得出定量的最优化新增站点位置，对电离层地基监测网络规划具有重要意义。该方法还可用于对现有站网观测能力的定量评估，对更准确掌握现有观测体系监测能力具有重要意义。附图说明图1是本专利技术实施例1所公开方法的流程示意图；图2是电波环境观测站网观测能力空间分布图；图3是电波环境观测站网观测弱区分布图；图4是单一时刻投影点概率分布图；图5是24小时投影点概率分布图；图6是增加站点数随门限投影点数的变化图；图7是补偿后观测能力的评估结果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种基于观测弱区补偿的布站设计方法，包括如下步骤：步骤1，现有站网观测能力评估：现有站网观测能力评估是指基于现有观测站点站址位置，计算观测站与GNSS卫星星地链路连线的电离层穿刺点，通过穿刺点的统计，得出站网电离层观测的空间覆盖能力；在本实施例中以电波环境观测站网为例进行说明，图2给出了按照上述方法计算的电波环境观测站网观测能力空间分布图，可以反映对电波环境观测站网观测能力的评估结果，其中五角星为站网站点位置，灰度为有效观测次数。步骤2，观测弱区选择：观测弱区选择是指寻找站网观测能力空间分布图中，观测次数小于门限值的点作为观测弱区位置；假定需要对湖北、湖南、贵州、广西一带的观测能力进行提升。选择目标区域为：纬度：23°—33°经度：106°—116°选定观测次数门限为1500次，则观测弱区如图3所示。观测弱区坐标为：251082410925109261092710929109291102811129111301113111127112281122911230112311122611327113281133011331113301143211432115步骤3，投影点计算与空间分布概率统计：投影点计算与空间分布概率统计是指计算GNSS卫星—观测弱区点连线的地面投影点位置，并对其空间分布概率进行统计，得到投影点概率空间分布图；假设投影点位置(x,y,z)，卫星位置(x0,y0,z0)，观测弱区位置(x1,y1,z1)，则投影点位置同时满足如下的球面方程和直线方程：其中R为投影点距地心距离，先消除球面方程中的y和z，因此将直线方程的第一第二式和第一第三式联立，求得y，z为：令则：y＝k1(x-x0)+y0(4)z＝k2(x-x0)+z0(5)带入球面方程有：x2+k12(x-x0)2+2y0k1(x-x0)+y02+k22(x-x0)2+2z0k2(x-x0)+z02-R2＝0(6)多项式分解可得：合并同类项可得：所以有：ax2+bx+c＝0(9)其中：若Δ＝b2-4ac≥0，则二次方程有两个解：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于观测弱区补偿的布站设计方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，现有站网观测能力评估：/n基于现有观测站点站址位置，计算观测站与GNSS卫星星地链路连线的电离层穿刺点，通过穿刺点的统计，得出站网电离层观测的空间覆盖能力；/n步骤2，观测弱区选择：/n寻找站网观测能力空间分布图中，观测次数小于门限值的点作为观测弱区位置；/n步骤3，投影点计算与空间分布概率统计：/n计算GNSS卫星—观测弱区点连线的地面投影点位置，并对其空间分布概率进行统计，得到投影点概率空间分布图；/n假设投影点位置(x,y,z)，卫星位置(x

【技术特征摘要】
1.一种基于观测弱区补偿的布站设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，现有站网观测能力评估：
基于现有观测站点站址位置，计算观测站与GNSS卫星星地链路连线的电离层穿刺点，通过穿刺点的统计，得出站网电离层观测的空间覆盖能力；
步骤2，观测弱区选择：
寻找站网观测能力空间分布图中，观测次数小于门限值的点作为观测弱区位置；
步骤3，投影点计算与空间分布概率统计：
计算GNSS卫星—观测弱区点连线的地面投影点位置，并对其空间分布概率进行统计，得到投影点概率空间分布图；
假设投影点位置(x,y,z)，卫星位置(x0,y0,z0)，观测弱区位置(x1,y1,z1)，则投影点位置同时满足如下的球面方程和直线方程：



其中R为投影点距地心距离，先消除球面方程中的y和z，因此将直线方程的第一第二式和第一第三式联立，求得y，z为：






令则：
y＝k1(x-x0)+y0(4)
z＝k2(x-x0)+z0(5)
带入球面方程有：
x2+k12(x-x0)2+2y0k1(x-x0)+y02+k22(x-x0)2+2z0k2(x-x0)+z02-R2＝0(6)
多项式分解可得：



合并同类项可得：



所以有：
ax2+bx+c＝0(9)
其中：
a＝1+k12+k22
b＝-2k12x0-2k22x0+2y0k1+2z0k2(10)
c＝k12x02-2y0k1x0+y02+k22x02-2z0k2x0+z02-R2
若Δ＝b2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐彬，冯杰，吴健，朱庆林，李辉，马征征，张雅彬，刘瑶，梁勇敢，李海英，李统乐，任亚丽，
申请(专利权)人：中国电波传播研究所中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37