一种全球电离层格网模型的确定方法及装置与流程

技术特征：

1.一种全球电离层格网模型的确定方法，其特征在于，包括：

根据全球卫星导航系统GNSS观测数据，通过公式(1)和(2)确定天顶方向的电离层第一垂直方向的总电子含量VTEC₁；

根据海洋测高卫星的数据，采用公式(3)并结合平滑与重采样的方法，获取天顶方向的电离层第二垂直方向的总电子含量VTEC₂；

根据地基多普勒无线电定轨定位系统DORIS的双频相位观测值，通过公式(4)确定信号传播路径上的总电子含量STEC_bias，由初始全球电离层格网模型GIM内插原理，所述DORIS的双频相位观测值和所述STEC_bias确定修正后的STEC，根据所述修正后的STEC和定标方法，确定天顶方向的电离层第三垂直方向的总电子含量VTEC₃；

根据球谐函数模型对所述VTEC₁、所述VTEC₂和所述VTEC₃进行拟合，确定基于多源数据融合的全球电离层格网模型；

其中，公式(1)如下所示：

$STEC=\frac{f_1^2{f}_2^2}{40.3\·(f_1^2-f_2^2)}(P_2-P_1+{\mathrm{\Δb}}_k+{\mathrm{\Δb}}^s)$

公式(2)如下所示：

STEC＝mf·VTEC₁

公式(3)如下所示：

${\mathrm{VTEC}}_2=-\frac{dR\·f^2}{40.3}$

公式(4)如下所示：

上述公式中，STEC为信号传播路径上的总电子含量，P₁、P₂为两个频率上GNSS测码伪距观测值，f₁、f₂为载波的频率，Δb_k、Δb^s分别为接收机和卫星 硬件延迟偏差，R为地球半径，H为单层电离层高度，z为卫星在跟踪站处的天顶距，mf为投影函数，dR为电离层对电磁波路径的影响值，STEC_bias为具有偏差的STEC，f为信号频率；λ₁,λ₂分别为地面信标站发射信号L₁和L₂的波长，为两个频率的DORIS的双频相位观测值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述GNSS观测数据，通过公式(1)和(2)确定天顶方向的电离层VTEC₁，包括：

采用单层电离层模型假设，将信号传播路径上的总电子含量STEC投影到天顶方向上，确定天顶方向的电离层VTEC₁。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据海洋测高卫星的数据，采用公式(3)并结合平滑与重采样的方法，获取天顶方向的电离层VTEC₂，包括：

根据海洋测高卫星磁波信号的影响值，确定电离层范围的信号差分群路径，根据公式(3)获得原始的垂直方向的总电子含量VTEC；

以10s为间隔对所述原始的VTEC进行平滑和重采样，获取天顶方向的电离层VTEC₂。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据DORIS的双频相位观测值，通过公式(4)确定STEC_bias，由GIM内插原理，所述DORIS的双频相位观测值和所述STEC_bias确定修正后的STEC，根据所述修正后的STEC和定标方法，确定天顶方向的电离层VTEC₃，包括：

根据所述DORIS的双频相位观测值和所述公式(4)确定所述STEC_bias，由所述GIM原理内插获取所述DORIS的双频相位观测值所在位置处的VTEC，并将所述VTEC投影到信号传播路径上得到所述STEC；

在一个连续观测弧段，对每个由所述DORIS的双频相位观测值得到的所述STEC_bias和根据所述GIM原理内插得到的所述STEC进行求差，并确定连续观 测弧段上所述STEC_bias与所述STEC之间的平均偏差；

根据所述STEC_bias与所述STEC之间的平均偏差和所述所述STEC，确定修正后的STEC，将所述修正后的STEC投影到天顶方向上，得到所述天顶方向的电离层VTEC₃。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于多源数据融合的全球电离层模型通过下列公式确定：

$VTEC(\mathrm{\β},s)=\underset{n=0}{\overset{N}{\Σ}}\underset{m=0}{\overset{n}{\Σ}}{\tilde{P}}_{nm}\left(\sin \mathrm{\β}\right)\left({\tilde{C}}_{nm}\cos \right(ms)+{\tilde{S}}_{nm}\sin (ms\left)\right)$

公式中，β为穿刺点的纬度，s为穿刺点在日固系下的太阳时角，N为球谐函数的最大展开阶数，为n度m阶的归化勒让德函数，和为未知的球谐函数系数，即待求的电离层模型参数。

6.一种全球电离层格网模型的确定装置，其特征在于，包括：

第一确定单元，用于根据全球卫星导航系统GNSS观测数据，通过公式(1)和(2)确定天顶方向的电离层第一垂直方向的总电子含量VTEC₁；

第二确定单元，用于根据海洋测高卫星的数据，采用公式(3)并结合平滑与重采样的方法，获取天顶方向的电离层第二垂直方向的总电子含量VTEC₂；

第三确定单元，用于根据地基多普勒无线电定轨定位系统DORIS的双频相位观测值，通过公式(4)确定信号传播路径上的总电子含量STEC_bias，由初始全球电离层格网模型GIM内插原理，所述DORIS的双频相位观测值和所述STEC_bias确定修正后的STEC，根据所述修正后的STEC和定标方法，确定天顶方向的电离层第三垂直方向的总电子含量VTEC₃；

第四确定单元，用于根据球谐函数模型对所述VTEC₁、所述VTEC₂和所述VTEC₃进行拟合，确定基于多源数据融合的全球电离层格网模型；

其中，公式(1)如下所示：

$STEC=\frac{f_1^2{f}_2^2}{40.3\·(f_1^2-f_2^2)}(P_2-P_1+{\mathrm{\Δb}}_k+{\mathrm{\Δb}}^s)$

公式(2)如下所示：

STEC＝mf·VTEC₁

公式(3)如下所示：

${\mathrm{VTEC}}_2=-\frac{dR\·f^2}{40.3}$

公式(4)如下所示：

上述公式中，STEC为信号传播路径上的总电子含量，P₁、P₂为两个频率上GNSS测码伪距观测值，f₁、f₂为载波的频率，Δb_k、Δb^s分别为接收机和卫星硬件延迟偏差，R为地球半径，H为单层电离层高度，z为卫星在跟踪站处的天顶距，mf为投影函数，dR为电离层对电磁波路径的影响值，STEC_bias为具有偏差的STEC，f为信号频率；λ₁,λ₂分别为地面信标站发射信号L₁和L₂的波长，为两个频率的DORIS的双频相位观测值。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体用于：

采用单层电离层模型假设，将信号传播路径上的总电子含量STEC投影到天顶方向上，确定天顶方向的电离层VTEC₁。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述所述确定单元具体用于：

根据海洋测高卫星磁波信号的影响值，确定电离层范围的信号差分群路径，根据公式(3)获得原始的垂直方向的总电子含量VTEC；

以10s为间隔对所述原始的VTEC进行平滑和重采样，获取天顶方向的电离层VTEC₂。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体用于：

根据所述DORIS的双频相位观测值和所述公式(4)确定所述STEC_bias，由所述GIM原理内插获取所述DORIS的双频相位观测值所在位置处的VTEC，并将所述VTEC投影到信号传播路径上得到所述STEC；

在一个连续观测弧段，对每个由所述DORIS的双频相位观测值得到的所述STEC_bias和根据所述GIM原理内插得到的所述STEC进行求差，并确定连续观测弧段上所述STEC_bias与所述STEC之间的平均偏差；

根据所述STEC_bias与所述STEC之间的平均偏差和所述所述STEC，确定修正后的STEC，将所述修正后的STEC投影到天顶方向上，得到所述天顶方向的电离层VTEC₃。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述基于多源数据融合的全球电离层模型通过下列公式确定：

$VTEC(\mathrm{\β},s)=\underset{n=0}{\overset{N}{\Σ}}\underset{m=0}{\overset{n}{\Σ}}{\tilde{P}}_{nm}\left(\sin \mathrm{\β}\right)\left({\tilde{C}}_{nm}\cos \right(ms)+{\tilde{S}}_{nm}\sin (ms\left)\right)$

公式中，β为穿刺点的纬度，s为穿刺点在日固系下的太阳时角，N为球谐函数的最大展开阶数，为n度m阶的归化勒让德函数，和为未知的球谐函数系数，即待求的电离层模型参数。