[发明专利]卫星导航电离层延迟的预测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星导航电离层延迟的预测方法及装置，属于卫星导航技术领域。

背景技术

卫星导航系统是一种利用卫星实现高精度导航和定位的技术。现有卫星导航系统例如有美国的全球定位系统(Global Positioning System，简称：GPS)和我国正在研发的北斗卫星导航系统等。在实际应用中，电离层延迟误差是影响卫星导航系统测距定位精度的主要误差源。为了提高定位精度，就要对电离层延迟误差进行预测。

电离层是距离地球表面50～1000km的高空中包含自由电子和离子的气态电离区域。卫星定位信号在电离层中的延迟取决于传播过程中的自由电子总量(Total Electron Content，简称：TEC)，TEC被定义为底面积为一平方米且贯穿整个电离层的柱体中的自由电子数，其中，n_e(l)表示随导航信号传播路径变化的电子密度，积分沿卫星到接收机的信号传播路径进行。通常用垂直方向上的自由电子总量(Vertical TEC，简称：VTEC)来表示电离层状态，此时信号路径是沿着垂直(天顶)方向传播的，在这种情况下通过电离层的导航信号路径最短，总电子含量也最少。通常以10¹⁶e/m²为TEC的一个单位(TECU)来衡量总自由电子含量，即1TECU＝10¹⁶个电子/平方米。

电离层的VTEC受太阳活动等各种复杂因素的影响而不断发生变化，在一个给定的位置和时间，VTEC可能会比当月平均值变化20％～25％。对卫星导航测量而言，由VTEC的变化而导致的电离层延迟在天顶方向可达50米，在接近地平方向时(高度角为20°)可超过100米，在最恶劣的条件下可能会达到150米的测距误差，因而必须通过预测而加以修正，否则会严重影响定位测量精度。

现有对电离层延迟的预测方法有如下几种：

1、模型校正法

在1987年提出了适用于单频接收机的Klobuchar模型，该模型代表了电离层的周日平均特性，模型中的参数由卫星广播报文提供。作为标准卫星导航服务中使用的模型，被广泛应用于建立广域差分实时模型和广播星历用的预报模型。

但该方法的缺陷在于：Klobuchar模型仅能修正电离层影响的50％～60％，在中纬度地区电离层状态平稳时能够得到比较好的修正效果，相反，当存在严重的电离层扰动时，尤其是在高纬度和低纬度赤道地区，处理效果不佳。

2、电离层风暴分析法

这种方法是通过分析电离层风暴来对电离层造成的误差进行预测校正。该方法的初衷是为了分析电离层处于11年太阳活动周期的峰值时出现的异常状态，以及这种异常给局域增强系统(Local Area AugmentationSystem，简称：LAAS)带来的威胁，这种方法认为在40km范围内电离层的异常行为，即电离层风暴，可以用线性模型表示。这个线性模型是一个线性半开放的梯形前端，而且相对于地面以固定的速度在移动。

但该方法的缺陷在于：对电离层延迟的预测效果不佳，且运算过程复杂，不易实现。

3、网格内插校正法

这种方法是应用于广域增强系统(Wide Area Augmentation System，简称：WAAS)中的电离层校正算法。它预先定义了按照经纬度值划分的网格点，并在卫星广播电文中提供网格点的垂直电离层延迟值。每个用户接收机计算每个导航信号和电离层交叉点的经纬度，通过把距离交叉点最近的三或四个网格点的值进行内插，得到每颗可见卫星在交叉点上的垂直电离层延迟。

但该方法的缺陷在于：电离层平静期低纬度地区和磁暴期间的改正精度明显降低，网格点内插算法多样，且运算过程复杂，不易实现。

发明内容

本发明提供一种卫星导航电离层延迟的预测方法及装置，用以提高卫星导航的定位精度。

本发明一方面提供一种卫星导航电离层延迟的预测方法，其中包括：

获取全球网格点电离层的VTEC原始观测数据；

根据所述VTEC原始观测数据计算各个网格点相对于导航信号的电离层延迟；

利用前一时刻计算出的所述电离层延迟预测后一时刻的垂直电离层延迟。

本发明另一方面提供一种卫星导航电离层延迟的预测装置，其中包括：

获取模块，用于获取全球网格点电离层的VTEC原始观测数据；

计算模块，用于根据获取模块获取的所述VTEC原始观测数据计算各个网格点相对于导航信号的电离层延迟；