[发明专利]一种长波授时等效大地电导率数据的差分测算方法

说明书

本发明提供了一种长波授时用等效大地电导率精确测算方法，在测量点附近同一电导率区域内设立辅助测量点，两测量点与长波授时发播台的方位角相同；在测量点和辅助测量点分别搭建电导率测量系统，实时采集长波信号时延数据；计算两测量点间的时延差值；利用Millington公式，根据时延差值计算所求位置的电导率值。本发明方法简单有效，适合工程实现，能够实现千米级高分辨率大地电导率数据的精确测量。

技术领域

本发明涉及一种大地电导率的测算方法。

背景技术

长波授时是一种广域无线电陆基授时方式，在GNSS系统出现之前，长波授时系 统是我国最高精度的授时技术手段。长波授时系统采用了发播控制系统的时间基准在 地面，同时采用了大功率发射系统，相较于GNSS系统，长波系统具有系统稳定性好、 信号抗干扰能力强的特点，这正好弥补了GNSS系统的不足。进行现代化改造后的长 波系统授时精度可以从1微秒提升到100纳秒，与GNSS授时精度基本相当，作为GNSS 授时的备份冗余手段，可以极大提升系统的可用性和可靠性。

长波授时精度取决于多个因素，其中重要的一个影响因素是大地电导率取值问题。 达到百纳秒级的授时精度需要用户使用高分辨率的精确区域大地电导率数据，高分辨率电导率数据的获得需要精确的电导率测算。目前测量某地的大地电导率值的方法是： 首先测量长波信号由发波台到测量点间的传播时延。长波信号传播时延可以看成传播 距离d和电导率σ的函数t(d,σ)，根据时延计算公式对测量结果进行反演计算可以获 得电导率值σ。受地形条件的影响，长波信号传播路径上的大地电导率不是固定不变 的，信号从发射点到接收点经过的路径上，会经过多种不同地质地形区域，不同区域 间的大地电导率会有显著变化。因此，在电导率解算时，一般需要对复杂变化的传播 路径按照地形地质变化分段，将传播路径分成多个光滑均匀的路径段，在每一段上取 一个固定的大地电导率值。

如图1所示，一条传播路径上分成多个不同路径段d_i，则每个路径段有相应的电导率值σ_i。各路径段的传播时延t(d_i,σ_i)之和就是总的路径传播时延。计算电导率时， 先在接收点测量得到总的路径传播时延，然后根据电导率地图中的σ值范围为各个路 径段设置一个σ_i的初值，再根据积分方程计算整条路径的理论时延T_c。通过调整各段 σ_i值，使的T_c与实际测量的时延值T_m一致，此时得到的σ_i，就是各路径段上所求的 电导率值。

采用该方法反演得到的大地电导率精度受几个条件制约。一是传播路径分段精度。 需要根据传播路径上的地形地质情况进行精确划分；二是大地电导率地图分辨率，精确的路径分段需要相应高分辨率的电导率地图与之匹配，提供各个路径段的σ_i；三是 解算信号接收点的电导率，需要将整条路径各个段的电导率统一反演处理。

我国地形条件极为复杂，几百上千公里的地波传播路径上的精确变化情况难以掌握，精确分段只存在理论可能。现有大地电导率地图为三十多年前绘制，分辨率极低， 电导率取值只根据平原、高原、山脉等大的地形分布进行了粗略的划分，电导率取值 范围粗略。依据该地图数据进行路径分段和电导率初值设定，无法实现到对一条信号 传播路径上的精细划分，反演计算复杂且得到的电导率值精度较差，无法满足高精度 长波授时需求。统一反演整条路径各段电导率值的方式求解接收点单一区域的电导率 值，通过预设各段σ_i估计值进行反演，不仅算法复杂度高而且精度较低。

因此，为满足我国高精度长波授时建设需求，需要通过一种可工程实现的精确方法，解决大地电导率测量问题，实现高精度、高分辨率的大地电导率地图数据。

发明内容