[发明专利]基于背景模型和实测数据的电离层延迟误差修正方法

说明书

本发明公开了一种基于背景模型和实测数据的电离层延迟误差修正方法，能够有效消除地基GNSS基准站分布情况和实测数据质量对修正精度的影响，提高电离层延迟误差修正精度。本发明所述方法通过比例因子综合利用了电离层背景模型和GNSS实测数据，用户端借助STEC比例因子格网点图对电离层斜向总电子含量进行估计，兼顾了在不同时间尺度和空间范围内的电离层综合修正效果，有效消除地基GNSS基准站分布情况和数据质量对电离层模型修正精度的影响；对电离层斜向总电子含量进行直接建模，突破了传统电离层GNSS实测模型在电离层总电子含量建模过程中的多次STEC/VTEC互相转换模式和由此带来的精度损失，提高了电离层延迟误差修正精度。

技术领域

本发明属于空间电离层延迟误差修正技术领域，具体涉及一种基于背景模型和实测数据的电离层延迟误差修正方法。

背景技术

GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)所播发的无线电信号在从卫星端到达用户端的空间段传播过程中，会受到一系列误差源的影响，其中电离层延迟误差是不容忽视的重要误差源之一。在天顶方向上，由于电离层延迟所造成的测距误差可达几十米。由此不难看出，电离层延迟误差的修正效果将直接影响GNSS系统导航、定位、授时服务的可用性、精度及完好性等核心性能指标。根据对电离层物理结构和活动机理的研究可知，由于电离层内部大量自由电子的色散作用，电磁波信号在穿过电离层时传播速度会发生变化，传播路径也会发生弯曲，从而产生延迟误差。电离层延迟误差主要取决于电离层中信号传播路径上的电子密度和电磁波的信号频率。

以GPS系统为例，在忽略电离层延迟误差高阶项影响的情况下，由电离层延迟带来的测距误差可以直接通过式(1)，根据信号频率和传播路径上的总电子含量(TotalElectron Content，TEC)计算得到：

其中，(V_ion)_G为伪距观测值对应的电离层延迟测距误差，单位为米；而(V_ion)_P为载波相位观测值对应的电离层延迟测距误差，单位为米；f为相应的的信号频率，单位为赫兹。可见，确定GNSS电离层延迟误差的关键就是确定用户至卫星间信号传播路径上的总电子含量。对同一电离层而言，从某一测站至各卫星方向上的TEC值是不同的。一般来说，随着卫星高度角的降低，GNSS信号在电离层中的传播路径越长，TEC的值就越大。在该站所有的TEC值中有一个最小值，即天顶方向总电子含量(Vertical Total Electron Content，VTEC)，天顶方向高度角为90度。VTEC与高程和卫星高度角均脱离了关系，因而被广泛用于反映测站上空电离层的总体特征。然而在实际观测中，卫星恰好位于测站天顶方向的情况较为少见，在大多数情况下，卫星和测站之间的视线连线均为斜向，故卫星与测站之间信号传播路径上的总电子含量一般均用斜向总电子含量(Slant Total Electron Content,STEC)来表示。

在相对定位、双频及多频修正、以及模型修正等一系列GNSS电离层延迟的常用修正方法中。其中，利用GNSS电离层延迟模型修正是非常重要的一类电离层误差消除及削弱方法，利用高精度的电离层延迟修正模型，不仅可以为单频用户提供实时电离层修正信息以提高其GNSS导航定位授时服务性能，还可有效辅助双频/多频用户实现快速精密定位，同时也能够保证卫星导航系统的完好性监测。

在利用GNSS电离层延迟修正模型的修正方法中，通过建立电离层TEC随时间、空间、高度等因素分布和变化规律的模型，用户可以直接计算得到观测历元所对应的电离层总电子含量的模型估计值和相应的电离层延迟误差，从而对GNSS实测数据进行电离层延迟误差修正。