本發明專利技術提供了一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法及裝置，包括以下步驟：通過數據處理模塊解算掩星觀測碰撞參數和絕對總電子含量；通過模型建立模塊構建非球對稱假設反演函數模型。本發明專利技術的有益效果：本發明專利技術解決了主流的電離層掩星反演算法受限于球對稱假設從而導致反演精度難以提升的問題，本發明專利技術提供一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，從而提升電離層掩星反演的精度，其產品可應用于電離層天氣監測及預報、導航定位增強等領域。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電離層掩星反演領域，尤其是涉及一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法及裝置。
技術介紹
1、電離層是重要的近地空間環境，其研究具有重要的科學意義和應用價值。高精度且可靠的電離層觀測數據是電離層研究的關鍵要素，在眾多電離層觀測技術中，電離層掩星技術因具有全天候全球覆蓋、成本較低、長期穩定、垂直分辨率高和電子密度反演精度高等優點脫穎而出。主流的電離層掩星反演算法有abel積分逆變換反演算法和剝洋蔥法反演算法，它們都基于球對稱假設實現，然而這一假設造就了最主要的模型誤差，成為提升掩星反演精度的桎梏。為進一步提高電離層掩星反演的精度，應利用外部數據或先驗信息發展非球對稱假設的高精度反演算法。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術旨在提出一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法及裝置，以解決主流的電離層掩星反演算法受限于球對稱假設從而導致反演精度難以提升的問題。
2、為達到上述目的，本專利技術的技術方案是這樣實現的：
3、第一方面，一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，包括以下步驟：
4、s1、通過數據處理模塊解算掩星觀測碰撞參數和絕對總電子含量；
5、s2、通過模型建立模塊構建非球對稱假設反演函數模型；
6、在步驟s1，通過數據處理模塊解算掩星觀測碰撞參數和絕對總電子含量，包括：
7、s11、對電離層掩星觀測的原始數據處理后生成電離層掩星附加相位文件，采用電離層掩星附加相位文件作為電離層掩星反演的輸入文件；</p>8、s12、在電波直線傳播假設下，根據垂直關系和共線關系解算掩星切點p的坐標及碰撞參數p；
9、s13、對電離層掩星附加相位文件的雙頻附加相位觀測值進行周跳探測與修復后，利用滑動窗口平滑濾波抑制高頻噪聲，再組合雙頻相位獲取相對總電子含量；
10、s14、利用非掩星時段的觀測數據校正掩星時段的觀測數據，對最大碰撞參數兩側的相對tec進行高度重排序，非掩星時段的相對tec三次樣條插值到與掩星時段同等的碰撞高度上，差分得到絕對總電子含量；
11、在步驟s2，通過模型建立模塊構建非球對稱假設反演函數模型，包括：
12、s21、推導電子密度反演公式、頂部電子密度估計以及利用三維電離層經驗模型構建遞推關系；
13、s22、生成電離層電子密度廓線。
14、進一步的，在步驟s21中，推導電子密度反演公式、頂部電子密度估計以及利用三維電離層經驗模型構建遞推關系，包括：
15、絕對總電子含量為信號路徑上電子密度的積分，表達式為公式(5)；
16、在電波直線傳播假設下，bc段的絕對總電子含量表達式為公式(6)；
17、掩星時段內存在若干次觀測，如果利用連續觀測的碰撞參數作同心圓，則把bc段路徑分解為若干球層間的線段之和，假設球層間電子密度線性變化，則可以求解積分，把絕對總電子含量線性化為路徑與各球層交點處電子密度的線性組合，表達式為公式(7)；
18、由此得到電子密度反演公式(9)；
19、頂部掩星切點處電子密度估計表達式為公式(10)；
20、在非球對稱假設下，給定額外信息實現更高球層掩星切點處的電子密度到觀測路徑對應的交點處的電子密度的遞推，利用三維電離層經驗模型，通過假設實際電離層相應點位的電子密度值的比值與經驗模型一致，從而構建遞推關系，表達式為公式(11)。
21、進一步的，在步驟s22中，生成電離層電子密度廓線，包括：
22、把遞推關系代入電子密度反演公式，在估算頂部掩星切點處的電子密度后，不斷使用電子密度反演公式由高到低逐步推導所有掩星切點處的電子密度，實現非球對稱假設下的電離層掩星反演，最終生成電離層電子密度廓線。
23、進一步的，在步驟s12中，在電波直線傳播假設下，根據垂直關系和共線關系解算掩星切點p的坐標及碰撞參數p，表達式為公式(1)和公式(2)：
24、(1)
25、(2)
26、式中，表示掩星切點p的空間向量；表示地心o的空間向量；表示導航衛星坐標a的空間向量；表示低軌衛星坐標c的空間向量；分式中分母的表示二階范數；分式中分子的表示數量積；表示碰撞參數。
27、進一步的，在步驟s13中，相對總電子含量表達式為公式(3)：
28、(3)
29、式中，表示信號路徑上的相對總電子含量；表示在載波信號1上的附加相位值；表示在載波信號2上的附加相位值；表示載波信號1的頻率的平方；表示載波信號2的頻率的平方。
30、進一步的，在步驟s14中，絕對總電子含量表達式為公式(4)：
31、(4)
32、式中，表示掩星觀測信號路徑上bc段的絕對總電子含量；表示掩星觀測信號路徑上ac段的相對總電子含量；表示非掩星觀測信號路徑上ab段的相對總電子含量。
33、進一步的，公式(5)、公式(6)和公式(7)分別為：
34、(5)
35、式中，表示路徑上的絕對總電子含量；表示路徑；表示電子密度；表示路徑的微元；
36、(6)
37、式中，表示bc段的絕對總電子含量；表示碰撞參數；表示低軌衛星處的地心距離；表示微元處的地心距離；表示微元處的電子密度；表示相對掩星切點對稱的微元處的電子密度；表示路徑的微元；
38、(7)
39、式中，表示觀測序列以碰撞參數從小到大排序后該觀測的索引；表示碰撞參數；表示絕對總電子含量；和表示路徑與各球層的兩處交點的電子密度；表示無量綱系數；的表達式為公式(8)；
40、(8)。
41、進一步的，公式(9)、公式(10)和公式(11)分別為：
42、(9)
43、(10)
44、式中，表示頂部球層碰撞參數；表示臨近頂部的某一球層的碰撞參數；表示頂部球層電子密度估計值；表示臨近頂部的某一球層的絕對總電子含量。
45、(11)
46、式中，表示時刻m點的電子密度；表示時刻p點的電子密度；表示實際反演；表示模型。
47、進一步的，電離層掩星附加相位文件包含導航衛星和低軌衛星的位置、速度信息以及雙頻附加相位觀測值信息。
48、第二方面，基于同一方面構思，本專利技術還提供了一種非球對稱假設的電離層掩星反演裝置，包括數據處理模塊和模型建立模塊；所述數據處理模塊用于解算掩星觀測碰撞參數和絕對總電子含量；所述模型建立模塊用于構建非球對稱假設反演函數模型。
49、相對于現有技術，本專利技術所述的一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法及裝置具有以下有益效果：
50、本專利技術解決了主流的電離層掩星反演算法受限于球對稱假設從而導致反演精度難以提升的問題；本專利技術提供一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，從而能提升電離層掩星反演的精度，其產品可應用于電離層天氣監測及預報、導航本文檔來自技高網
...
【技術保護點】
1.一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，其特征在于：在步驟S21中，推導電子密度反演公式、頂部電子密度估計以及利用三維電離層經驗模型構建遞推關系，包括：
3.根據權利要求1所述的一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，其特征在于：在步驟S22中，生成電離層電子密度廓線，包括：
4.根據權利要求1所述的一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，其特征在于：在步驟S12中，在電波直線傳播假設下，根據垂直關系和共線關系解算掩星切點P的坐標及碰撞參數p，表達式為公式(1)和公式(2)：
5.根據權利要求1所述的一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，其特征在于：在步驟S13中，相對總電子含量表達式為公式(3)：
6.根據權利要求1所述的一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，其特征在于：在步驟S14中，絕對總電子含量表達式為公式(4)：
7.根據權利要求2所述的一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，其特征在于：公式(5)、公式(6)和公式(7)分別為：
8.根據權利要求2所述的一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，其特征在于：公式(9)、公式(10)和公式(11)分別為：
9.根據權利要求1所述的一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，其特征在于：電離層掩星附加相位文件包含導航衛星和低軌衛星的位置、速度信息以及雙頻附加相位觀測值信息。
10.一種非球對稱假設的電離層掩星反演裝置，應用權利要求1至9所述的一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，其特征在于：包括數據處理模塊和模型建立模塊；所述數據處理模塊用于解算掩星觀測碰撞參數和絕對總電子含量；所述模型建立模塊用于構建非球對稱假設反演函數模型。
...
【技術特征摘要】
1.一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，其特征在于：在步驟s21中，推導電子密度反演公式、頂部電子密度估計以及利用三維電離層經驗模型構建遞推關系，包括：
3.根據權利要求1所述的一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，其特征在于：在步驟s22中，生成電離層電子密度廓線，包括：
4.根據權利要求1所述的一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，其特征在于：在步驟s12中，在電波直線傳播假設下，根據垂直關系和共線關系解算掩星切點p的坐標及碰撞參數p，表達式為公式(1)和公式(2)：
5.根據權利要求1所述的一種非球對稱假設的電離層掩星反演方法，其特征在于：在步驟s13中，相對總電子含量表達式為公式(3)：
6.根據權利要求1所述的一種非球對稱假設...
【專利技術屬性】
技術研發人員：程艷，許波波，杜偉男，夏賽，許焱，張小飛，李峰輝，李興國，王鵬程，
申請(專利權)人：天津云遙宇航科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。