[发明专利]一种适合于中国区域的GNSS电离层延迟精确建模方法

摘要

本发明公开了一种适合于中国区域的GNSS电离层延迟精确建模方法，首先将交叉点经纬度的地理坐标转换为建立的球冠坐标系下的坐标，以此获得交叉点的经纬度在球冠坐标下的范围，然后又把交叉点的经纬度变化范围经投影变换至全球坐标系下，再采用球谐函数建立区域电离层电子浓度总含量(TEC)模型，构建了适用于中国区域的电离层延迟精确建模方法。相对于现有方法，该方法通过旋转投影变换，使得电离层交叉点分布在形式上满足了球谐函数对物理量分布的要求，不仅解决了球谐函数应用于区域建模时存在的病态问题，有效利用了球谐函数对全球变化物理量的精确描述能力，还避免了球冠谐函数中非整阶次，降低了电离层TEC建模计算的复杂程度。

主权项

一种适合于中国区域的GNSS电离层延迟精确建模方法，其特征在于，采用球谐函数建立适合于中国区域的GNSS电离层延迟模型，其中，获得球谐函数电离层电子浓度总含量模型系数的方法包括：步骤1、根据GNSS基准站的原始观测数据包括的伪距观测量和载波相位观测量，计算GNSS基准站在卫星视线方向上的电离层电子浓度总含量的信息；步骤2、将步骤1中解算得到的卫星视线方向的电离层电子浓度总含量信息转化为垂直方向的电子浓度总含量信息VTEC，即：令STEC表示步骤1中得到的卫星视线方向的电离层电子浓度总含量，则垂直方向的电子浓度总含量VTEC通过STEC＝VTEC·SF得到；其中，为倾斜因子，E_i是卫星在电离层交叉点处的仰角；E₀是卫星在接收机位置处的仰角；r_e是地球的半径；h_m是电离层薄层的高度，取值为425.0公里；所述交叉点是指信号传播路径与所假设的电离层薄层的交点；步骤3、以建模区域的中心为极点，通过极点和地理南极点的经线为起始经线，建立球冠坐标系，计算交叉点经纬度在球冠坐标系下的经纬度，具体为：令表示所述交叉点的地理经纬度坐标,表示球冠坐标系极点的地理经纬度坐标，则所述交叉点在球冠坐标系下的经纬度坐标为：步骤4，将步骤3得到的所述交叉点纬度坐标转换为球冠坐标系下的余纬θ_c：其中，所述余纬θ_c在球冠坐标系下的取值范围为[0,θ_max]，θ_max为球冠的半角；步骤5，根据步骤3得到的交叉点在球冠坐标系下的经纬度以及步骤4得到的交叉点在球冠坐标系下的余纬，将交叉点在球冠坐标系下的经纬度变化范围旋转投影变换至全球坐标系下的变化范围，即：其中，表示经过旋转投影变换之后的交叉点经纬度，经度的取值范围[‑π,π)，纬度的取值范围为[‑π/2,π/2)；步骤6，将经过旋转投影变换之后的交叉点经纬度作为球谐函数的输入变量，解算球谐函数电离层电子浓度总含量的模型系数，具体为：将步骤5得到的经过旋转投影变换之后的交叉点经纬度与λ′分别代替下式中的与λ，解算球谐函数电离层电子浓度总含量模型系数与其中，表示步骤2中得到的电离层交叉点处的电离层垂直方向的电子浓度总含量；n_dmax表示球谐函数的最大度数；表示n度m阶的归化勒让德函数；n和m取值根据用户要求的简单程度及精度进行选择；表示经典拉格朗日函数；$\mathrm{MC}(n,m)=\sqrt{(n-m)!(2n+1)(2-{\mathrm{\δ}}_{0m})/(n+m)!}$表示归化函数，其中，δ_0m为Kronecker型δ函数；根据上述解算得到的球谐函数电离层电子浓度总含量模型系数与建立电离层电子浓度总含量数学函数模型，即建立适合于中国区域的电离层延迟精确模型。