[发明专利]一种基于BP神经网络技术的电离层球谐函数改进方法

说明书

技术领域

本发明涉及全球导航系统技术领域，特别是涉及一种基于BP神经网络技术的电离层球谐函数改进方法。

背景技术

在GNSS电离层建模的相关研究和应用中，目前较为常用的电离层修正模型总体上分为两大类：其中一类是经验模型，包括GPS中使用的Klobuchar模型、IRI 模型、Bent模型等，由于经验模型的建立是以长期的收集资料为基础的，因此部分模型结构较为复杂且适用性较差，通常情况下在电离层模型建模以及GNSS定位精度要求较高时不能满足要求；另一类是基于高精度GNSS双频观测数据构建的拟合电离层模型，一般常用的电离层模型包括下面三种：多项式模型(POLY)、球谐函数模型(SHF)、三角级数(TSF)模型。虽然上述三种模型是根据观测地点的实际数据根据数学模型进行数据拟合得到的，相比于经验模型，精度较高。但是，目前这三种拟合模型的修正精度仍然不是很高，无法满足高精度修正和定位的要求，因此有必要研究出一种拟合精度更高的模型。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够有效提高精度的基于BP神经网络技术的电离层球谐函数改进方法。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的基于BP神经网络技术的电离层球谐函数改进方法，包括以下步骤：

S1：获取区域观测点的穿刺点地理经度、穿刺点地理纬度和穿刺点垂直方向的电子含量；

S2：通过电离层球谐函数模型公式建立电离层误差补偿模型，并计算出该穿刺点的垂直方向电子含量以及电离层误差补偿模型的残差值；

S3：利用BP神经网络技术对球谐函数进行模型补偿，建立融合模型；

S4：利用新建立的融合模型对球谐函数模型拟合的电离层垂直总电子含量残差进行预报，进而提高模型补偿精度。

进一步，所述步骤S1中，区域观测点的穿刺点地理经度和穿刺点地理纬度分别通过式(1)、式(3)得到：

式(1)中，λ为区域观测点的穿刺点地理经度，λ₀为测站接收机的地理经度，Ψ_pp为地心张角，如式(2)所示，A为卫星方位角，为区域观测点的穿刺点地理纬度；

式(2)中，E为卫星高度角，R为地球半径，H为电离层单层模型的等效高度；

式(3)中，为测站接收机的地理纬度。

进一步，所述步骤S1中，区域观测点的穿刺点垂直方向的电子含量由下面方法所得：

假设地球平均半径为R，电离层薄层高度为H，在接收机处卫星的天顶距为z，在穿刺点处的天顶距为z′(天顶距与高度角互为余数)，则有如下关系式：

时钟的基本频率f₀为10.23MHz，GPS上L波段的两种载波L1和L2的频率分别为：

f_L1＝154×f₀＝1575.42MHz(5)

f_L2＝120×f₀＝1227.60MHz (6)

采用伪距观测量时，根据每个历元两个频率上的伪距之差解算出天顶方向自由电子含量VTEC值，其观测方程如下：

式(7)中，i,j＝1,2，i≠j；P为伪距观测值，P_j为第j个信号的伪距观测值，P_i为第i个信号的伪距观测值，P_j-P_i为电离层延迟观测量，B^S为伪距观测量的卫星硬件延迟偏差，为第j个信号的伪距观测量的卫星硬件延迟偏差，为第i个信号的伪距观测量的卫星硬件延迟偏差，B^R为伪距观测量的接收机硬件延迟偏差，为第j个信号的伪距观测量的接收机硬件延迟偏差，为第i个信号的伪距观测量的接收机硬件延迟偏差，f_i为载波L1的频率，f_j为载波L2的频率，由此可解出电离层天顶方向总电子含量VTEC的表达式如下：

式(8)中，ΔP_ij是采用伪距观测时的伪距之差，为伪距观测值的卫星相对硬件延迟偏差，为伪距观测值的接收机相对硬件延迟偏差；

采用相位观测量时，其观测方程如下：