[发明专利]一种高精度电离层实时建模方法

说明书

本发明属于GNSS精密数据处理技术领域，具体公开了一种联合卡尔曼滤波构建高精度实时电离层模型的方法；首先采用全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)非差模糊度整数解法提取电离层穿刺点(Ionospheric Pierce Point,IPP)处的高精度实时电离层斜延迟(Slant Electron Content,STEC)值；使用半参数模型对多源电离层观测数据构建的事后电离层模型建立电离层预报模型；基于非差模糊度整数解法构建的事后电离层模型提取得到卫星端和接收机端的硬件延迟；采用卡尔曼滤波和球谐函数构建实时电离层模型。本发明给出了联合非差模糊度整数解法及卡尔曼滤波构建实时电离层模型的方法，以提高实时电离层模型的建模精度及GNSS单频用户的定位精度，为空间天气的监测与预警提供依据。

技术领域

本发明属于GNSS精密数据处理技术领域，具体涉及了一种高精度电离层实时建模方 法。

背景技术

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite Systems，GNSS)因具有精度高、覆盖范 围广、全天候连续监测等优点，其在电离层模型构建及监测中得到广泛应用。同时，随着 GPS、GLONASS、BDS、Galileo等全球导航卫星系统快速发展及地面GNSS跟踪站的不断 增多，全球电离层模型的精度和可靠性得到了不断提高。目前，基于电离层薄层假设构建的 二维电离层格网模型已经成为当前GNSS导航定位用户及电离层应用研究的重要数据源。虽 然各电离层分析中心提供的事后全球电离层格网产品(Global Ionosphere Map，GIM)精度 较高，约2～8TECU，但存在至少1～2天的延迟，不仅无法实现对电离层的实时监测，也无 法为导航定位用户提供实时电离层延迟改正。

为此，导航定位用户常使用以下两种方法来改正实时电离层的延迟问题。一种是使用广 播电离层模型，如：Klobuchar及其精化模型、NeQuick模型、BDS电离层改正模型、NTCM 及其精化模型等。但这些方法对电离层延迟改正的精度有限，既无法满足高精度GNSS用户 的实时定位需求，也无法反应电离层的实时变化特性。另一种方法则是使用地基GNSS实时 观测数据构建的实时电离层TEC模型对电离层延迟进行改正，如：星基增强系统构建了全 球实时电离层模型，德国宇航中心构建了欧洲地区的实时电离层模型，美国国家海洋和大气 管理局构建了美国地区的实时电离层模型，比利时皇家天文台构建了欧洲地区的实时电离层 模型，法国国家空间研究中心构建了全球实时电离层模型并播发全球用户使用，拉普拉塔国 立大学构建了南美地区的实时电离层模型，加泰罗尼亚大学及中国科学院等构建了全球电离 层模型。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)由于IGS可以提供实时数据流的监测站数量较少(约180个)，使得每个时刻或短时间内可用电离层数据量较少且分布不均匀，导致得到的待估参数精度有限。

(2)当面向未来联合海量导航增强LEO卫星及全球各区域CORS网提供的实时数据构 建实时电离层模型时，该方法将重复使用窗口内的数据来构建法方程，导致数据冗余，并影 响参数估计的效率。

解决上述技术问题的难度：现阶段使用相位平滑伪距提取的电离层观测数据存在最多约 ±8TECU的偏差，精度较差，影响构建的实时电离层模型精度的提高。此外，能提供实时数 据的监测站数量较少且分布有限，限制了实时电离层模型在测站稀疏地区的精度。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种高精度电离层实时建模方法，以解决 现阶段使用相位平滑伪距提取的电离层观测数据存在最多约±8TECU的偏差，精度较差，影 响构建的实时电离层模型精度的提高。此外，能提供实时数据的监测站数量较少且分布有限， 限制了实时电离层模型在测站稀疏地区的精度问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种高精度电离层实时建模方法，包括以下步骤：