[发明专利]一种低轨卫星导航增强电离层延迟改正参数方法

说明书

本发明公开了一种全球卫星导航系统(GNSS)低轨卫星导航增强电离层延迟改正方法，该方法采用低轨卫星GNSS接收机载荷接收到的GNSS卫星导航信号，为地球表面用户提供导航增强电离层信息，在该方法中，低轨卫星作为一个移动的导航增强基准站，对全球电离层进行连续观测，生成电离层延迟改正信息，将这些信息发送给地面用户，获得增强的导航性能。本发明所述方法电离层延迟改正数据的全球覆盖，而不是区域覆盖，尤其是能覆盖广大的海洋区域；提供电离层梯度数据，对电离层延迟改正的精度更高；对电离层活动状态和事件进行在轨监测，为地面用户提供电离层延迟改正完备性信息。

技术领域

本发明属于卫星定位导航增强技术领域，具体涉及一种低轨卫星导航增强电离层延迟改正参数方法。

背景技术

电离层是距地面高度约为60-1000km范围内部分离子化的大气层，该区域内的大气分子或原子在太阳紫外线、X射线、高能粒子以及其他宇宙射线的作用下电离生成大量的自由电子和正、负离子，是日地空间环境的重要组成部分。电离层作为一种传播介质造成不同波段的无线电波在电离层中被反射、折射、散射和吸收，从而对通信和广播造成一定程度的影响。在如今全球导航卫星系统迅猛发展的时代，对电层活动进行有效监测和预报，对揭示电离层的活动规律、提高卫星导航用户的导航定精度都具有非常重的要意义。

由电离层引起的GNSS导航信号时延可达数米甚至百米级，影响着导航系统的应用模式与服务范围，同时也不断推动着电离层的深入研究。自美国在上世纪_50年代末期建立多普勒卫星导航系统以来，目前各国都在积极发展、建立自己的卫星导航系统，目前已建成的卫星导航系统包括美国GPS(Global Positioning System)、俄罗斯GLONASS(GlobalNavigation Satellite System)；正在建设的系统有欧盟的Galileo以及中国的BDS。这极大的增加了空中可视卫星数量和连续运行GNSS观测站的数目，为高精度、高分辨率地连续监测电离层相关研究提供了前所未有的数据资源。目前，各GNSS拥有国正在从提高导航定位精度与提高导航服务水平等方面加紧对系统改善与升级。在系统建设与改善的各个环节都要求进行充分的考虑，同样对电离层监测及修正的技术指标与性能也需要尽可能提高。因此，精确改正电离层延迟误差的影响，一直是卫星导航研究及应用中的热点问题。

GNSS测量中，单频GNSS接收机用户采用的电离层延迟改正参数方法主要基于电离层理论模型、经验模型，以及利用GNSS实测数据建立的电离层实测模型。双频或多频GNSS接收机用户可以采用双频或多频数据组成无电离层延迟的线性组合观测值，求解电离层延迟，但必须考虑信号在卫星内的时延差。

常见的理论模型包括论:GTIM(Global Theoretical Ionosphere Model),FLIP(FieldLine Inter-hemispheric plasma model)、SUPIM(Sheffield UniversityPlasmasphere-Ionosphere model)、TDIM(Time-dependent Ionosphere model),SAMI2等，其中有些模型需要经验的中性大气模型如MSIS(Mass Spectrometer IncoherentScatterModel)和HWM(Horizontal Wind Model)作为输入或者由观测数据确定中性大气密度和中性风。上述模型是区域性的主要覆盖中低纬度地区，也有全球电离层理论模型:NCAR(National Center for Atmospheric Research)，TIGCM(ThermosphereIonosphereGeneral circulation model)和CTIM(Coupled Thermosphere IonosphereModel)。他们求解中性大气方程以便确定中性大气的组成和动力学成分，并在模型内部将电离层动力学和中性大气动力学两部分进行藕合。尽管理论模型有利于观察输入的各种物理参数的相对影响及其可能的变化，但过于复杂，难于直接应用于GNSS用户。