[发明专利]基于GNSS多普勒观测值的电离层闪烁指数构建方法

说明书

本发明公开了一种基于GNSS多普勒观测值的电离层闪烁指数构建方法，属于空间天气监测领域，该方法首先从IGS/MGEX监测站等站点获取GNSS多普勒观测值，然后从多普勒观测值中提取电离层闪烁信息，采用滑动窗口法逐个历元构建电离层闪烁指数DI。利用电离层闪烁接收机产品及测地型GNSS接收机构建的闪烁指数对DI的可用性进行分析，最终给出不同类型GNSS接收机DI指数的阈值。本方法基于全球广泛分布的普通测地型接收机多普勒观测值构建闪烁指数以用于电离层闪烁监测，可降低电离层闪烁监测成本，具有简单、可靠、实用的特点。

技术领域

本发明属于GNSS空间天气监测技术领域，涉及全球导航卫星系统(GlobalNavigation Satellite System,GNSS)监测电离层闪烁的方法，特别涉及一种基于GNSS多普勒观测值的电离层闪烁指数构建方法。

背景技术

电离层闪烁是指穿过电离层不规则体的无线电信号的振幅和相位发生快速随机起伏的现象，它对GNSS高精度定位、导航及授时服务都会带来影响。随着第25个太阳活动周的太阳活动高年的到来，与太阳活动息息相关的电离层闪烁发生的概率和强度也会增大，因此开展电离层闪烁监测及预警具有重要的实际意义。

电离层闪烁监测接收机(Ionospheric Scintillation Monitoring Receiver,ISMR)通过50Hz采样，可提供振幅闪烁指数S₄和相位闪烁指数但由于其布设成本高，全球数量仅有百余台。随着GNSS技术的发展及地面监测台站的不断建设，以IGS/MGEX为代表的国际组织及区域组织可在全球提供近2000个站点的GNSS实测数据，可为电离层闪烁监测提供丰富的观测信息。

Pi于1997年提出了电离层总电子含量时间变化率指数(the rate of totalelectron content index,ROTI)的概念。在此基础上，众多学者基于GNSS相位观测值提出了一些电离层闪烁指数。Mendillo在2000年提出了f_p指数；Forte在2005年提出了指数；Sanz在2014年提出了AATR指数以及Juan于2017年提出了σ_IF指数。除此之外，Luo在2020年利用1Hz测地型GNSS接收机的载波噪声密度观测值构建了振幅闪烁指数S_4c。这些指数的构建说明了基于全球广泛分布的测地型接收机数据以用于电离层闪烁监测是可行的。

目前，ROTI指数已被广泛应用于电离层闪烁监测中，但在数据预处理过程中，需要基于正确探测并修复周跳的载波相位观测值构建ROTI指数。未正确处理周跳会导致ROTI值被高估，影响相应电离层闪烁监测的可靠性。此外，周跳修复不成功则可能会对ROTI观测值进行剔除，不利于电离层闪烁监测的连续性。如何有效处理周跳目前仍是GNSS领域的难点之一。

发明内容

针对强电离层闪烁环境下，频繁周跳会影响ROTI指数的可用性，本发明利用多普勒观测值不受周跳影响的特点，提供了一种基于GNSS多普勒观测值构建电离层闪烁指数的方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于GNSS多普勒观测值的电离层闪烁指数构建方法，包括：

(1)获取不同纬度地区GNSS观测值；

(2)对获取的GNSS观测值进行数据预处理得到测站上空所有卫星的高度角，并设置截止卫星高度角；

(3)从截止卫星高度角以上的GNSS多普勒观测值中提取电离层闪烁信息，采用滑动窗口法逐个历元构建电离层闪烁指数DI；

(4)利用电离层闪烁接收机产品及测地型GNSS接收机构建的闪烁指数对电离层闪烁指数DI的可用性进行分析，给出不同类型GNSS接收机DI指数的阈值。

在一些可选的实施方案中，步骤(2)包括：

(2.1)完成GNSS高采样率观测值数据的合并与读取；