[发明专利]一种卫星导航信号电离层差分改正数估计方法

说明书

技术领域：

本发明提供一种卫星导航信号电离层差分改正数估计方法，特别是指基于加权卡尔曼滤波的卫星导航信号电离层差分改正数估计方法，它涉及卫星导航信号的电离层延迟校正技术，具体地涉及一种基于加权卡尔曼(kalman)滤波和可观测性分析的电离层差分改正数估计方法，属于卫星导航系统技术领域。

背景技术：

电离层是处于地球50km到1000km的离子化的大气区域。当卫星导航信号穿越电离层时，信号与离子间的相互作用导致了卫星导航信号的延时，而该延时进一步导致了伪距测量量的误差。电离层对卫星导航信号造成的时间延迟在最恶劣的条件下可达到300ns左右，可以说，电离层延迟是实现高精度和高可靠的卫星导航定位所不能忽视的误差因素。

目前对于单频卫星导航信号的电离层延迟校正主要采用克罗布歇(Klobuchar)模型，该模型对于电离层延迟进行实时估计，随后在用户观测量中加以补偿，最终实现减小电离层传播误差的作用。但该模型是一种经验模型，所提供的校正精度非常有限，一般只能校正50％～80％的电离层延迟。为了更加精确的校正电离层延迟，美国的广域增强系统(Wide Area Augmentation System，WAAS)为用户提供基于格网模型的电离层差分改正数，该系统中的各个广域参考站(WRS)利用双频接收机通过对可见导航卫星的连续跟踪，测量穿透点电离层延迟，并将这些穿透点处的电离层延迟实时地传送到广域主控站，广域主控站将这些穿透点处的电离层延迟视为观测量，并利用这些观测量对于出每个电离层网格点的电离层延迟估计，并将这些估计作为电离层差分改正数经地球地面站上行传送给地球同步静止轨道卫星(GEO)，地球同步静止轨道卫星再将校正数据播发给服务区内的用户，用户接收到这些改正数后及可以利用内插发计算得到当前自身的电离层延迟估计。

目前的电离层差分改正数估计方法基于加权估计原理，利用一些经验电离层延迟计算模型将附近电离层穿透点上的电离层延迟观测输运到邻近的电离层格网点上，以此计算电离层差分改正数。但这些方法更多的借助电离层的经验模型，因此其计算精度不可避免的受到这一类模型本身精度的影响和制约，同时这些方法没有充分的利用电离层延迟的时域缓变特性。

发明内容：

本发明的目的是，提供一种卫星导航信号电离层差分改正数估计方法，特别是指基于加权卡尔曼滤波的卫星导航信号电离层差分改正数估计方法，它是具有较高精度的电离层差分改正数的估计方法基于加权卡尔曼滤波的卫星导航信号电离层差分改正数估计方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种卫星导航信号电离层差分改正数估计方法，特别是指基于加权卡尔曼滤波的卫星导航信号电离层差分改正数估计方法，其步骤如下：

步骤一，根据地面参考站对于卫星的连续跟踪观测，计算出由此形成的电离层穿透点的位置，并且从观测量中提取出各个穿透点处的电离层垂直延迟，随后以这些穿透点上的电离层垂直延迟作为观测量构建滤波模型，滤波模型是滤波器进行估计的基础，滤波模型包括状态模型和量测模型，状态模型通过电离层延迟的缓变特性构造，量测模型根据双线性模型构造；

步骤二，各个子滤波器同步运行，得到各自对于电离层差分改正数的估计结果，并按照各个子滤波器的不同电离层可观测性因子对于各自的估计结果进行加权，从而得到最终的电离层差分改正数估计。

其中，在步骤一中所述的“根据地面参考站对于卫星的连续跟踪观测，计算出由此形成的电离层穿透点的位置”，其计算出的方法如下：

地面观测站点对于GPS卫星的连续跟踪观测会在电离层参考面上形成若干的电离层延迟穿透点，这些穿透点的位置可以表示为：

其中的λ_IPP，分别表示穿透点的经度和纬度，A为卫星方位角，λ_s，分别为测站的经度和纬度，θ_IPP为地心角，并且：