[发明专利]一种基于双参数混合正则化的电离层掩星反演方法

摘要

本发明公开了一种基于双参数混合正则化的电离层掩星反演方法，其特征在于，包括(1) 对卫星观测数据进行预处理，获取观测值；(2) 利用GPS精密星历内插出所需时刻的卫星坐标；(3) 利用GPS双频观测值计算传播路径上的TEC；(4) 双参数混合正则化方法反演电离层电子密度；本发明提高了计算电离层电子密度的精度，可大大减小测量误差的影响，从而提高电子密度的反演精度。

主权项

一种基于双参数混合正则化的电离层掩星反演方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对卫星观测数据进行预处理，将其进行坐标转换以及GPS周跳的探测与修复，为后处理提高精度提供保障；(2)利用GPS精密星历内插出所需时刻的卫星坐标；(3)利用GPS双频观测值计算传播路径上的TEC；TEC=f12f2240.28(f12-f22)[(P~2-P~1)+BS+BR]---(1)]]>式中，和分别为两个频率上相位平滑码伪距观测值，BS和BR分别为码观测中卫星和接收机的硬件延迟偏差；(4)双参数混合正则化方法反演电离层电子密度；总电子含量TEC为电离层电子密度沿信号传播路径的线积分，表示为：TECray＝∫rayne(l)dl   (2)通过电离层掩星观测得到几何示意图，选定B、C双参数，AC为斜向TEC路径，D为此路径TEC对应的掩星切点，位于掩星切点与GPS卫星一侧的DB为非掩星侧，CD一侧为掩星侧，B、C点距球心距离相等，低轨卫星(LEO)在B和C点都观测GPS信号，获得TECAB和TECAC；若假设电子密度为局部对称分布，则AB段的TEC在B和C点观测是时相同，则有TECBC=TECAC-TECAB=2∫r0rLBOrne(r)r2-r02dr---(3)]]>其中，ne为电子密度，r为积分路径上的点到地心的距离，r0为掩星切点到地心的距离，即碰撞参数，rLEO为LEO卫星到地心的距离；对(3)式进行离散化处理，得TECBCi=Σj=1MAijnj,i=1,...,N---(4)]]>其中，A为线性转换矩阵，nj为第j层的电子密度；在离散化形式下，即使j≡i时，A也是一个病态矩阵，其谱不集中；为获得问题的稳定近似解，需对(4)式进行正则化过程，即求解下述的极小化问题minnJ[n,TEC]:=||A·n-TEC||l22+α||L(n-n0)||l22+β||n||l22---(5)]]>其中，α和β分别为大于0的正则化参数；第一个正则化项可看作是引入了对参数n的约束，n0是参数的先验值；L为离散化后与正则算子相对应的正则矩阵，在此取为二阶正则矩阵第二个正则化项取为上述反演中采用正则化思想；用正则解n^=(ATA+αLTL+βI)-1(ATTEC+αLTLn0)]]>作为精确解的近似；正则化参数的选取采用广义交叉校检准则进行计算，然后再进行优化组合，以此得到最佳的正则化参数。