【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及gnss大气监测，尤其涉及一种电离层电子密度和电子含量的计算方法和装置。
技术介绍
1、电离层是日地空间环境的重要组成部分，监测与研究电离层中的各种现象，进而揭示其时空变化规律和物理机制，电离层电子密度(i ed)分布被重点研究，其在无线电和卫星通信以及卫星定位中起着重要作用。
2、在电离层电子密度的计算中，拥有i ed的先验信息全球经验模型信息是十分重要的，比如iri和nequick全球经验模型。全球经验模型通常基于简化的假设，可能在描述实际系统中电子如何分布时不够准确，模型的预测精度不高，导致计算出来的电离层电子密度不准确。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种电离层电子密度和电子含量的计算方法和装置，以解决全有经验模型预测精度不高导致计算出来的电离层电子密度和电子含量不准确的技术问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种电离层电子密度计算方法，包括：
3、获取电离层穿刺点的电子含量观测值以及三维网络的电离层电子密度背景值；其中，所述三维规则网络由全球经验模型提供；
4、根据所述电子含量观测值和所述电离层电子密度背景值，进行数据同化，得到电离层电子密度分析值的表达式；其中，所述表达式为电离层电子密度关于位置方差因子的表达式；
5、根据所述电离层电子密度分析值的表达式、所述电子含量观测值和所述电离层电子密度背景值，构建观测误差分析函数；
6、以观测误差分析函数最小化为目标函数
7、根据所述目标位置方差因子，通过所述电离层电子密度分析值的表达式，计算改正后电离层电子密度分析值。
8、作为优选方案，在获取电离层穿刺点的电子含量观测值之前，还包括：
9、通过双频gnss接收机获取所述电离层穿刺点的载波相位观测值；
10、根据所述载波相位观测值，计算所述电离层穿刺点的电子含量观测值；
11、其中，所述电子含量观测值计算公式为：
12、
13、式中，vr表示电子含量观测值；l表示载波相位观测值；f1和f2为双频接收机所用的信号频率；b为伪距硬件延迟；sdcb为卫星的双频码偏差；rdcb为双频接收机的双频码偏差。
14、作为优选方案，所述根据所述电子含量观测值和所述电离层电子密度背景值，进行数据同化，包括：
15、以所述电离层穿刺点的经纬度位置作为基准位置，对所述所述电子含量观测值和所述电离层电子密度背景值进行同化，得到如下电离层电子密度分析值的表达式：
16、na(λi,j,φi,j,hk)＝nb(λi,j,φi,j,hk)+g(vr(λ0,φ0))-hnb(λi,j,φi,j,hk)；
17、i＝1...ni,j＝1...nj,k＝1...k；
18、g＝bht(r+hbht)-1；
19、r＝p-1；
20、
21、b＝σbi；
22、式中，λi,j表示三维网络中经度方向上指数为i，维度方向上指数为j的网格点的经度；φi,j表示三维网络中经度方向上指数为i，维度方向上指数为j的网格点的维度；hk表示三维网络中高度方向上指数为k的网格点的高度；na(λi,j,φi,j,hk)表示位置(λi,j,φi,j,hk)处电离层电子密度分析值；nb(λi,j,φi,j,hk)表示位置(λi,j,φi,j,hk)处电离层电子密度背景值；ni表示三维网格中经度方向上所有的网格数量；nj表示三维网格中维度方向上所有的网格数量；k表示三维网格中高度方向上所有的网格数量；g表示同化权重矩阵；λ0表示基准位置的经度；φ0表示基准位置的维度；h表示观测值子矩阵；b表示观测值系数矩阵；表示观测值协方差矩阵；p表示观测值权阵；表示随机误差；σb表示位置方法因子；i为单位阵。
23、作为优选方案，所述观测误差分析函数的表达式为：
24、f(na)＝
25、||vr(λ0,φ0)-hna(λi,j,φi,j,hk)||2+||na(λi,j,φi,j,hk)-nb(λi,j,φi,j,hk)||；
26、式中，f(na)表示观测误差分析函数。
27、作为优选方案，所述以观测误差分析函数最小化为目标函数，求解得到目标位置方差因子，包括：
28、在位置方差因子大于0的条件下，以观测误差分析函数最小化为目标函数，求解得到目标位置方差因子；
29、其中，所述目标位置方差因子的求解公式为：
30、
31、作为优选方案，所述三维网络的经度分辨率为0.5°，维度分辨率为0.5°，高度分辨率为50公里，高度范围为海拔100公里到海拔2000公里。
32、本专利技术还提供了一种电子含量计算方法，包括：
33、获取待解算的电离层穿刺点所在网格以及与所述电离层穿刺点所在网格在水平面上重叠的所有高度层上的网格对应的网格点的改正后电离层电子密度分析值；其中，所述网格为全球经验模型提供的三维规则网络中的网格；所述网格点为所述全球经验模型提供的三维规则网络中的网格点；所述改正后电离层电子密度分析值根据如上述专利技术实施例所述的电子含量计算方法计算得到；
34、根据所有所述改正后电离层电子密度分析值，计算所述电离层穿刺点的电子含量。
35、作为优选方案，所述根据所有所述改正后电离层电子密度分析值，计算所述电离层穿刺点的电子含量，包括：
36、针对每一高度层，计算所述高度层对应的改正后电离层电子密度分析值的加权平均值；
37、对所有高度层对应的加权平均值进行求和，得到所述电离层穿刺点的电子含量；
38、其中，所述电离层穿刺点的电子含量的计算公式为：
39、
40、式中，vb表示电离层穿刺点的电子含量；λi,j表示三维网络中经度方向上指数为i，维度方向上指数为j的网格点的经度；φi,j表示三维网络中经度方向上指数为i，维度方向上指数为j的网格点的维度；hk表示三维网络中高度方向上指数为k的网格点的高度；na(λi,j,φi,j,hk)表示位置(λi,j,φi,j,hk)处电离层电子密度分析值；wt,k表示第k个高度层对应的第t个改正后电离层电子密度分析值的权重值；k表示高度层的总数；t表示每一高度层对应的改正后电离层电子密度分析值的总个数。
41、在上述实施例的基础上，本专利技术另一实施例提供了一种电离层电子密度计算装置，包括：第一数据获取模块、数据同化模块和改正模块；
42、所述第一数据获取模块，用于获取电离层穿刺点的电子含量观测值以及三维网络的电离层电子密度背景值；其中，所述三维规则网络由全球经验模型提供；
43、所述数据同化模块，用于根据所述电子含量观测值和所述电离层电子密度背景值，进行数据同化，得到电离层电子密度分析值的表达式；其本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电离层电子密度计算方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的电离层电子密度计算方法，其特征在于，在获取电离层穿刺点的电子含量观测值之前，还包括：
3.如权利要求1所述的电离层电子密度计算方法，其特征在于，所述根据所述电子含量观测值和所述电离层电子密度背景值，进行数据同化，包括：
4.如权利要求3所述的电离层电子密度计算方法，其特征在于，所述观测误差分析函数的表达式为：
5.如权利要求3所述的电离层电子密度计算方法，其特征在于，所述以观测误差分析函数最小化为目标函数，求解得到目标位置方差因子，包括：
6.如权利要求1所述的电离层电子密度计算方法，其特征在于，所述三维网络的经度分辨率为0.5°，维度分辨率为0.5°，高度分辨率为50公里，高度范围为海拔100公里到海拔2000公里。
7.一种电子含量计算方法，其特征在于，包括：
8.如权利要求7所述的电子含量计算方法，其特征在于，所述根据所有所述改正后电离层电子密度分析值，计算所述电离层穿刺点的电子含量，包括：
9.一种电离层
10.一种电子含量计算装置，其特征在于，包括：第二数据获取模块和电子含量计算模块；
...【技术特征摘要】
1.一种电离层电子密度计算方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的电离层电子密度计算方法，其特征在于，在获取电离层穿刺点的电子含量观测值之前，还包括：
3.如权利要求1所述的电离层电子密度计算方法，其特征在于，所述根据所述电子含量观测值和所述电离层电子密度背景值，进行数据同化，包括：
4.如权利要求3所述的电离层电子密度计算方法，其特征在于，所述观测误差分析函数的表达式为：
5.如权利要求3所述的电离层电子密度计算方法，其特征在于，所述以观测误差分析函数最小化为目标函数，求解得到目标位置方差因子，包括：
6.如...
【专利技术属性】
技术研发人员：鄂盛龙，江俊飞，王磊，王中奥，王伟，饶章权，赵兵，彭向阳，温爱辉，魏瑞增，周刚，李妍，蔡泓威，文豹，樊灵孟，任欣元，汪皓，刘建明，孙文星，李国强，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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