[发明专利]基于电离层观测数据的GNSS掩星电离层误差修正方法及系统

说明书

本发明公开了基于电离层观测数据的GNSS掩星电离层误差修正方法及系统，该方法包括：获取GNSS掩星几何数据和电离层数据；计算掩星事件切点位置处的电子密度廓线；基于GNSS掩星几何数据和电子密度廓线，计算双频弯曲角差值廓线；判断L2信号数据是否能用于一阶项无电离层线性组合；若为是，基于L1信号数据和L2信号数据计算初始弯曲角廓线，利用二阶项电离层残余误差对初始弯曲角廓线进行修正，获取修正后的弯曲角廓线；否则，基于L1信号数据计算初始弯曲角廓线，利用弯曲角电离层误差廓线对初始弯曲角廓线进行修正，获取修正后的弯曲角廓线。本发明的方法能够修正GNSS大气掩星二阶电离层残余误差，提高弯曲角廓线的精度。

技术领域

本发明涉及GNSS无线电掩星大气探测技术和气象学领域，具体涉及基于电离层观测数据的GNSS掩星电离层误差修正方法及系统。

背景技术

GNSS(Global Navigation Satellite System)掩星探测技术，可获取高垂直分辨率、高精度、无需标定、长期稳定、全天候的中性大气折射率、密度、温度、湿度和压强等物理参数的垂直廓线，为全球气候监测和数值天气预报提供了大量的大气探测资料。然而，电离层误差一直是制约GNSS大气掩星资料高精度应用的瓶颈。目前，GNSS大气掩星探测技术均采集L1和L2双频信号观测值，用弯曲角双频线性组合法进行电离层改正，其中L1信号频率大于L2信号频率，具有较强的大气穿透能力，易于捕获和跟踪。在GNSS大气掩星数据资料气候气象应用中，其电离层误差修正主要存在以下两个方面的问题：(1)在物理环境较复杂，水汽较大的低层大气，L2掩星信号难以捕获和跟踪，导致低层大气L2掩星观测数据质量很差甚至缺失，从而无法用弯曲角双频组合法进行电离层误差改正。(2)距离电离层越来越近的中高层大气(25–65km高度范围)电离层残余误差逐渐增大，致使其大气掩星数据精度已不能满足气候气象应用的要求。

随着GNSS遥感技术的发展，地基GNSS遥感和GNSS电离层掩星探测可提供GlobalIonosphere Maps(GIM)和电离层电子密度廓线等电离层数据产品。尤其是一些兼容中性大气和电离层探测的掩星计划如CHAMP、COSMIC和FY-3C/-3D GNOS等，同一个掩星事件可同时探测中性大气和电离层电子密度廓线。使基于GNSS遥感电离层数据产品的GNSS中性大气电离层误差改正成为可能。

综上所述，低层大气L2掩星观测数据质量差致使双频弯曲角去电离层线性组合难以实施，以及中高层大气电离层残余误差是制约GNSS大气掩星资料高精度应用的主要瓶颈。GNSS遥感电离层数据产品质量的提高和应用为解决GNSS大气掩星电离层问题带来了契机。

发明内容

本发明的目的在于解决低层大气L2掩星观测数据质量差或缺失、中高层大气电离层残余误差大等问题，从而挖掘GNSS大气掩星数据产品的潜在应用价值，提供一种基于地基GNSS遥感和GNSS掩星探测的电离层数据产品的GNSS大气掩星探测资料的电离层残余误差修正方法。

为实现上述目的，本发明提出了基于电离层观测数据的GNSS掩星电离层误差修正方法，所述方法包括：

对GNSS大气掩星原始观测数据、地基GNSS遥感和GNSS电离层掩星观测数据进行预处理，获取GNSS掩星几何数据和电离层数据；

基于GNSS掩星几何数据和电离层观测数据，计算掩星事件切点位置处的电子密度廓线；或者基于GNSS掩星几何数据和和地基GNSS电离层遥感数据，结合电离层模式，计算掩星事件切点位置处的电子密度廓线；

基于GNSS掩星几何数据和电子密度廓线，计算双频弯曲角差值廓线；

基于双频弯曲角差值廓线，判断L2信号数据是否能用于一阶项无电离层线性组合；若为是，基于L1信号数据和L2信号数据计算初始弯曲角廓线，利用二阶项电离层残余误差对初始弯曲角廓线进行修正，获取修正后的弯曲角廓线；