【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星导航中电离层改正，尤其涉及一种面向电离层总电子含量的多设备系统误差校正方法。
技术介绍
1、电离层是地球高层大气中的电离区域，充斥着大量自由电子和离子，对无线电信号的传播有显著影响。自20世纪初人类发现电离层反射高频无线电波以来，科学家们认识到电离层的变化会影响到信号的传输质量。由于电离层在空间天气事件(如太阳风和地磁暴)的作用下表现出动态变化，因此对电离层的精确监测和建模成为空间天气监测和提升导航定位精度和通信系统稳定性的核心需求。
2、基于多源数据的电离层监测和建模有助于提升电离层的重建精度和分辨率，然而，不同的监测系统有着不同的系统误差，导致数据的一致性和精度受到限制。cosimic(constellation observing system for meteorology，ionosphere，and climate)掩星项目通过全球导航卫星系统(gnss)无线电掩星(ro)，全天时、全天候地获取全球大气层和电离层数据，具有广泛覆盖优势。其有效弥补了地基gnss、电离层探空仪和非相干散射雷达等探测网络覆盖不足的问题，尤其能够获取电离层垂直分布数据。研究表明，当前cosmic-2掩星项目在电离层垂直分布数据中，赤道附近数据的不合格率约为25％，而在中低纬度地区则降低至大约15％。此外，通过掩星技术得到的电离层垂直总电子含量(vtec)数据与地基电离层垂直总电子含量(gnss_vtec)数据对比显示，其均方根误差(rmse)在4至6tecu之间。为了提高基于多源数据的电离层模型的精度，必须对多
技术实现思路
1、针对电离层掩星数据质量较差以及传统校正方法的不足，本专利技术提出了一种面向电离层总电子含量的多设备系统误差校正方法，为全球高精度高时空分辨率的电离层建模提供了准确的数据源。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种面向电离层总电子含量的多设备系统误差校正方法，包括：
3、获取研究区域的gnss地基观测站采集的双频观测量，采用载波平滑伪距方法求解地基观测站到卫星视线上的倾斜总电子含量stec，并采用映射函数解算获得地基电离层垂直总电子含量gnss_vtec；
4、读取cosmic卫星采集的大气密度剖线，获得cosmic卫星观测得到的vtec，即cosmic_vtec，对所选时间段内的gnss_vtec和cosmic_vtec数据整合处理并保存；
5、通过整合处理后的所述cosmic_vtec，对预设时间范围和限定地理位置范围内的gnss_vtec进行配准，并将配准完成后的数据输入bp神经网络中进行处理，输出vtec预测差值；
6、根据所述vtec预测差值对所述cosmic_vtec进行校正，获得校正后的数据。
7、优选地，采用载波平滑伪距方法求解地基观测站到卫星视线上的倾斜总电子含量stec，具体为：
8、
9、式中，f1和f2分别是l1频段和l2频段的载波频率；psm是经过平滑处理的伪距组合观测值；dcbi和dcbj分别是测站和卫星的硬件延迟偏差；stec的单位为tecu，1tecu＝1016electrons/m2；c为硬件延迟校正常数，用于表示接收机和卫星之间频段相关的延迟差异校正。
10、优选地，获得cosmic卫星观测得到的vtec，具体为：
11、vtec＝f(az)stec；
12、式中，f(az)为中间参数，具体计算为：
13、
14、其中，r为地球半径，h为电离层高度，az为穿刺点处的天顶距。
15、优选地，对所选时间段内的gnss_vtec和cosmic_vtec数据整合处理，包括：
16、将所述地基电离层垂直总电子含量gnss_vtec和所述掩星电离层垂直总电子含量cosmic_vtec按照相同时间节点添加特征变量，并将数据格式进行统一。
17、优选地，对预设时间范围和限定地理位置范围内的gnss_vtec进行配准，包括：
18、采用阈值匹配方法将满足所述预设时间范围和限定地理位置范围内的地基gnss测站进行匹配，计算匹配后gnss测站到cosmic掩星剖线的权重距离，获得配准结果。
19、优选地，计算所述匹配后gnss测站到cosmic掩星剖线的权重距离为：
20、
21、式中，ωi为反距离权重，di为在同一条cosmic剖线在预设时间范围和限定地理位置范围内第i个gnss测站到cosmic卫星之间的距离，为cosmic剖线和附近gnss测站配准后的权重距离。
22、优选地，若所述cosmic掩星剖线在规定时空范围内对应多个gnss测站时，则利用反距离权重法求解配准之后的gnss_vtec数据和gnss测站到cosmic掩星之间的权重距离。
23、优选地，将配准完成后的数据输入bp神经网络中进行处理，包括：
24、将配准完成后的数据输入到所述bp神经网络中，利用神经元学习多源vtec数据之间的误差变化情况，最终预测出cosmic_vtec和gnss_vtec之间的差值，即所述vtec预测差值。
25、优选地，根据所述vtec预测差值对所述cosmic_vtec进行校正，包括：
26、将所述vtec预测差值与所述cosmic_vtec相加获得所述校正后的数据，即cosmic_vteccorr。
27、优选地，所述方法还包括，若所述校正后的数据达不到预期效果，则调整bp神经网络的隐含层层数和神经元个数，最终实现高精度的cosmic_vtec数据校正；其中，采用相关系数、平均绝对误差和均方根误差作为精度衡量指标。
28、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
29、本专利技术为解决空基cosmic星座观测的电离层vtec数据质量过低的问题，采用地基gnss的vtec数据为基准，通过反距离权重方法和bp神经网络对cosmic_vtec数据校正，校正后的cosmic_vteccorr数据精度与地基gnss的数据质量相当，为空间天气预报、导航定位以及相关应用领域提供更可靠的数据支持。
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1.一种面向电离层总电子含量的多设备系统误差校正方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用载波平滑伪距方法求解地基观测站到卫星视线上的倾斜总电子含量STEC，具体为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获得COSMIC卫星观测得到的VTEC，具体为：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所选时间段内的GNSS_VTEC和COSMIC_VTEC数据整合处理，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对预设时间范围和限定地理位置范围内的GNSS_VTEC进行配准，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，计算所述匹配后GNSS测站到COSMIC掩星剖线的权重距离为：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，若所述COSMIC掩星剖线在规定时空范围内对应多个GNSS测站时，则利用反距离权重法求解配准之后的GNSS_VTEC数据和GNSS测站到COSMIC掩星之间的权重距离。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将配准完成后的数据输入B
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述VTEC预测差值对所述COSMIC_VTEC进行校正，包括：
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，若所述校正后的数据达不到预期效果，则调整BP神经网络的隐含层层数和神经元个数，最终实现高精度的COSMIC_VTEC数据校正；其中，采用相关系数、平均绝对误差和均方根误差作为精度衡量指标。
...【技术特征摘要】
1.一种面向电离层总电子含量的多设备系统误差校正方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用载波平滑伪距方法求解地基观测站到卫星视线上的倾斜总电子含量stec，具体为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获得cosmic卫星观测得到的vtec，具体为：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所选时间段内的gnss_vtec和cosmic_vtec数据整合处理，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对预设时间范围和限定地理位置范围内的gnss_vtec进行配准，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，计算所述匹配后gnss测站到cosmic掩星剖线的权重距离为：
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【专利技术属性】
技术研发人员：李旺，孟祥洲，张克非，赵东升，朱大明，王明果，左小清，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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