專利名稱：一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中電離層折射時(shí)延改正的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種GPS廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或GPS廣域差分系統(tǒng)等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的電磁波電離層折射時(shí)延改正的方法；具體地說(shuō)，涉及一種建立在改進(jìn)的電離層薄層模型基礎(chǔ)上的電磁波電離層折射時(shí)延改正的方法。
背景技術(shù)：
以衛(wèi)星信標(biāo)為基礎(chǔ)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，如美國(guó)的GPS系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)等，在軍事和民用中有著重要的應(yīng)用。在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位(也包括時(shí)間傳遞)服務(wù)中，用戶地理位置的確定和時(shí)間信息在衛(wèi)星到用戶間傳遞的時(shí)延計(jì)算都是由用戶到衛(wèi)星的幾何距離出發(fā)計(jì)算而得的。而這種幾何距離的得到無(wú)一例外地是通過(guò)測(cè)量衛(wèi)星發(fā)出的電磁波信標(biāo)從衛(wèi)星到用戶間的傳播時(shí)間得到的。圍繞地球的電離層作為衛(wèi)星信標(biāo)所必需經(jīng)過(guò)的媒質(zhì)，它對(duì)電磁波的折射時(shí)延作用產(chǎn)生的信標(biāo)在傳播過(guò)程中額外經(jīng)歷的電離層附加時(shí)延(簡(jiǎn)稱電離層時(shí)延)對(duì)衛(wèi)星到用戶間幾何距離的折算有著十分顯著的影響。因此，電離層折射時(shí)延改正問題從來(lái)就是各種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中必需解決的重要問題。
衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)是在原有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(如GPS等)的基礎(chǔ)上，以提高原有系統(tǒng)定位、授時(shí)(時(shí)間傳遞)精度為目的的系統(tǒng)。其中，電離層時(shí)延的改正問題是這類系統(tǒng)所著力解決的問題。目前，在國(guó)際上已建立了很多這類系統(tǒng)。在已有的這類系統(tǒng)中，電離層時(shí)延的改正過(guò)程主要可分為兩大步驟。第一大步驟是由這類系統(tǒng)在服務(wù)區(qū)布設(shè)的一些基準(zhǔn)觀測(cè)站(簡(jiǎn)稱基準(zhǔn)站)和中心控制站(簡(jiǎn)稱中心站)以及它們兩者之間的通信信道來(lái)完成的。其工作過(guò)程是，基準(zhǔn)站觀測(cè)其到衛(wèi)星間電波射線路徑上的電離層時(shí)延值，并通過(guò)通信信道發(fā)送到中心站，中心站根據(jù)各基準(zhǔn)站的實(shí)時(shí)觀測(cè)值建立計(jì)算電離層時(shí)延模型的參數(shù)，并通過(guò)某種廣播信道將這些模型參數(shù)廣播出去。第二大步驟在用戶端完成，用戶首先接收中心站廣播出的電離層時(shí)延模型參數(shù)，運(yùn)用這些參數(shù)重構(gòu)電離層時(shí)延模型，再通過(guò)模型計(jì)算用戶所需的電離層時(shí)延改正值。上述處理過(guò)程的核心是建立在一種稱為電離層薄層模型的基礎(chǔ)上的，該模型將電離層簡(jiǎn)單地看成一個(gè)集中在距地面一定高度(一般取350公里到400公里間的某一高度)并與地面平行的薄層。更確切地說(shuō)，在中心站由基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的電離層時(shí)延模型廣播參數(shù)是以該電離層薄層模型為依據(jù)的，在用戶端根據(jù)廣播參數(shù)計(jì)算用戶所需的修正量也是依據(jù)該電離層模型的。
選取上述電離層薄層模型作為衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)中電離層時(shí)延改正的基礎(chǔ)實(shí)際上是在修正精度因素和節(jié)約系統(tǒng)廣播容量因素之間的一種綜合平衡。在地磁中緯地區(qū)，選用電離層薄層模型進(jìn)行電離層時(shí)延修正一般可以滿足米級(jí)的定位或授時(shí)(時(shí)間傳遞)精度的要求；與此同時(shí)，廣播電離層模型參數(shù)所占的廣播容量也比較小，使得系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)。
但是，上述基于電離層薄層模型的方法和系統(tǒng)有其嚴(yán)重的局限性。主要表現(xiàn)在，在地磁中緯度地區(qū)的修正結(jié)果比較好，在地磁中低緯度地區(qū)，特別是電離層赤道異常地區(qū)的修正結(jié)果較差，對(duì)低仰角信標(biāo)衛(wèi)星對(duì)應(yīng)的電離層時(shí)延和中午時(shí)段的電離層改正精度較差。究其根源，主要是電離層薄層模型對(duì)上述地區(qū)和時(shí)段下真實(shí)電離層時(shí)延的描述精度相對(duì)其它地區(qū)(比如地磁中緯度地區(qū))或時(shí)段(比如凌晨時(shí)段)要差得多。
解決上述問題的根本方法是對(duì)電離層薄層模型進(jìn)行改進(jìn)或提出新的模型。提出一種能夠更精確描述中低緯度地區(qū)和午間電離層情況的模型本身并不困難。實(shí)際上，在電離層物理研究中已提出過(guò)很多種模型，其中很多對(duì)電離層的描述精度都比薄層模型好。但是，以這些模型作為衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)電離層時(shí)延改正的基礎(chǔ)卻仍然有很大困難。這種困難主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。第一，更精確的模型往往需要更多的參數(shù)來(lái)表征，而衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)的廣播容量往往不能滿足廣播大量電離層模型參數(shù)的需要；第二，以電離層薄層模型為電離層時(shí)延修正基礎(chǔ)的GPS廣域增強(qiáng)系統(tǒng)已經(jīng)在美國(guó)等地區(qū)建設(shè)完畢并正常運(yùn)行，這一系統(tǒng)的服務(wù)區(qū)域大多處于地磁中緯度區(qū)域，電離層時(shí)延改正的效果比較好。由于這一成功系統(tǒng)的示范作用等因素，新的電離層時(shí)延改正方法和系統(tǒng)能否在廣播參數(shù)等方面與這一已有系統(tǒng)相兼容成為衡量新方法及其相應(yīng)系統(tǒng)能否在工程中實(shí)現(xiàn)的重要因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述技術(shù)存在的問題和不足，提供一種新的用于衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)中的電離層折射時(shí)延改正的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的提出并采用一套新的有別于傳統(tǒng)的電離層薄層模型，但又兼容該傳統(tǒng)模型的新的電離層模型，并將這一新的模型用于衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)中中心控制站電離層時(shí)延的模化計(jì)算、電離層時(shí)延模型參數(shù)的廣播、以及用戶端從電離層時(shí)延模型到電離層時(shí)延改正值的換算。
傳統(tǒng)的電離層薄層模型將電離層假定為一個(gè)距離地面h≈350公里～400公里左右的水平薄層，在這種假設(shè)下，有如下關(guān)系TEC⊥＝TEC∠·sin(β)(1)其中，TEC⊥為垂直方向的電離層電子濃度總含量；TEC∠為導(dǎo)航衛(wèi)星到地面某點(diǎn)(基準(zhǔn)站或用戶)斜向路徑上的電離層電子濃度總含量；電子濃度總含量與電波的電離層時(shí)延線性相關(guān)，對(duì)于一定頻率的電磁波而言，電離層折射時(shí)延等于電子濃度總含量與某一與頻率有關(guān)的系數(shù)的乘積；β為導(dǎo)航衛(wèi)星與地面某點(diǎn)連線穿越電離層薄層時(shí)的仰角。
本發(fā)明提出的新的電離層模型仍將電離層假定為一個(gè)距離地面h≈350公里～400公里左右的薄層，但該薄層不再是水平的，允許其有一定的傾斜。在取電離層穿越點(diǎn)處的局地坐標(biāo)系x，y，z分別指向東、北和上的情況下，傾斜薄層的法線方向單位矢量可表示為n^=(sinγ·sinη,sinγ·cosη,cosγ)---(2)]]>其中，γ為γ為電離層傾斜的角度(或稱傾斜因子，物理意義是薄層法線方向偏離垂向的角度)，η為薄層法線方向在水平面內(nèi)投影偏離北向的角度。在上述同樣的坐標(biāo)系中，電波射線方向的單位矢量 表示為r^=(cosβ·sinσ,cosβ·cosσ,sinβ)---(3)]]>其中，β為在電離層薄層處的電波射線仰角，σ是為電波射線方位角。
在這一新的電離層模型下，與(1)式對(duì)應(yīng)的垂直方向上(確切地說(shuō)是電離層薄層法線方向上)電離層電子濃度總含量TEC⊥與斜向電離層電子濃度總含量TEC∠的關(guān)系可寫為TEC⊥=TEC∠·(n^·r^)=TEC∠·[sinγ·cosβ·cos(σ-η)+cosγ·sinβ]---(4)]]>這一表達(dá)式是本發(fā)明的基礎(chǔ)。
考慮到實(shí)際中電離層傾斜主要是發(fā)生在地球的子午面內(nèi)，同時(shí)考慮到電離層傾斜的角度一般不大，為了計(jì)算方便，(4)式可改寫為TEC⊥＝TEC∠·(γ·cosβ·cosσ+sinβ)(5)電離層傾斜的角度(或稱傾斜因子)γ用以下空間分布模型表述 其中，(θ，)為電波射線電離層穿越點(diǎn)的經(jīng)緯度；0為某一起算緯度值；(αi，i＝1，2，…p)為上述表征γ值空間分布的模型系數(shù)；p為模型階數(shù)，階數(shù)p一般不大于5階，因此，本發(fā)明提出的上述用于表征γ值空間分布的模型系數(shù)在個(gè)數(shù)上是很少的。
上述表達(dá)式(4)、(5)、(6)構(gòu)成了本發(fā)明的基礎(chǔ)，是本發(fā)明的重要特征之一。
立足于上述傾斜電離層薄層模型，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)其高精度修正目的的①在中心站從基準(zhǔn)站電離層觀測(cè)量出發(fā)，利用本發(fā)明提出的傾斜電離層薄層模型公式(6)式、(4)式或(5)式，計(jì)算新的電離層薄層模型對(duì)應(yīng)的TEC⊥、γ值的空間分布模型參數(shù)；②中心站將這些模型參數(shù)通過(guò)廣播信道廣播出去；③用戶根據(jù)本發(fā)明提出的傾斜電離層薄層模型公式(6)式、(4)式或(5)式，和接收到的廣播參數(shù)，反算其進(jìn)行電離層折射時(shí)延修正所需的電離層電子濃度總含量，進(jìn)行誤差修正。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、由于提出了考慮傾斜因素的改進(jìn)的電離層薄層模型，并將其應(yīng)用到衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)的電離層折射時(shí)延改正中，因此，同等條件下，電離層折射時(shí)延改正的精度較原有的方法有明顯改善；比如，實(shí)踐表明，對(duì)電離層赤道異常地區(qū)中午時(shí)段低仰角導(dǎo)航衛(wèi)星對(duì)應(yīng)電離層折射時(shí)延改正精度，本發(fā)明得出的修正精度要比原有方法高2倍左右；2、本發(fā)明立足的傾斜電離層薄層模型在本質(zhì)上是原有的電離層薄層模型的改進(jìn)形式，因而是兼容原有的電離層薄層模型的。因此，本發(fā)明是兼容原有的修正方法的。這體現(xiàn)在，在廣播參數(shù)的設(shè)定中，可以方便地沿用原有方法及相應(yīng)系統(tǒng)中的關(guān)于垂向電離層電子濃度總含量TEC⊥的空間分布模型。因此，本發(fā)明能夠完全兼容原有的衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)的電離層折射時(shí)延誤差修正方式。換句話說(shuō)，可以用本發(fā)明方便地改造原有系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)性能。在改造已有的系統(tǒng)時(shí)，即使中心站處理方法已進(jìn)行過(guò)改造，而用戶仍按原有修正方式工作，用戶仍能達(dá)到原有的精度水平?？傊帽景l(fā)明升級(jí)已有的系統(tǒng)可以同時(shí)做到改善精度和新舊系統(tǒng)間的平穩(wěn)過(guò)渡；3、在廣播參數(shù)的設(shè)定中，表示電離層傾斜角度γ空間分布的模型參數(shù)(αi，i＝1，2，…p)所占的廣播容量非常小。因此，無(wú)論是在已有的衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)基礎(chǔ)上將其改造為新的系統(tǒng)，還是直接建立新的系統(tǒng)，增加表示電離層傾斜的廣播參數(shù)(αi，i＝1，2，…p)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)明顯壓力；4、本發(fā)明主要通過(guò)計(jì)算方法上的改進(jìn)來(lái)提高系統(tǒng)的性能，而且新的計(jì)算方法運(yùn)算比較簡(jiǎn)單，因此容易實(shí)現(xiàn)。


圖1為本系統(tǒng)框圖，其中
1-基準(zhǔn)站或稱參考站等；通常的衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)都有若干個(gè)(比如10個(gè)左右或更多)的基準(zhǔn)站，它們分布在系統(tǒng)的服務(wù)區(qū)域，負(fù)責(zé)采集電離層折射時(shí)延原始數(shù)據(jù)、導(dǎo)航衛(wèi)星到地面觀測(cè)天線間的偽距、以及產(chǎn)生告警信息等，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)通訊信道傳送到中心站；2-中心站通常的衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)都有一個(gè)(有時(shí)也設(shè)兩個(gè))中心控制站，簡(jiǎn)稱中心站。中心站負(fù)責(zé)接收基準(zhǔn)站通過(guò)通訊信道傳送過(guò)來(lái)的觀測(cè)量，依據(jù)這些觀測(cè)量計(jì)算衛(wèi)星星歷、電離層模型參數(shù)、精度估計(jì)、告警信息等，并將這些參數(shù)通過(guò)廣播信道向用戶廣播；3-用戶配備衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)和廣播信息接收裝置等，計(jì)算電離層時(shí)延誤差改正量，進(jìn)行定位解算等；4-通信信道經(jīng)常采用同步衛(wèi)星等手段，負(fù)責(zé)基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)向中心站的傳輸；5-廣播信道經(jīng)常采用同步衛(wèi)星等手段，負(fù)責(zé)中心站面向用戶的廣播信息傳送；6-導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)如美國(guó)的GPS導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)等。
本系統(tǒng)由基準(zhǔn)站1、中心站2、用戶3、通信信道4、廣播信道5、導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)6組成。其關(guān)系是基準(zhǔn)站1、中心站2、用戶3分別接收導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)6所發(fā)射的信標(biāo)，獲得電離層折射時(shí)延、衛(wèi)星到地面的偽距觀測(cè)量等；基準(zhǔn)站1和中心站2由通信信道4連通，基準(zhǔn)站1向中心站2傳送有關(guān)的觀測(cè)信息；中心站2和用戶3由廣播信道5連通，中心站2向用戶3廣播各種信息。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明主要在衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)中的以下幾個(gè)環(huán)節(jié)上實(shí)施，與相應(yīng)環(huán)節(jié)上傳統(tǒng)的處理方法相比有明顯不同。以下分別描述如下。描述中與傳統(tǒng)方法進(jìn)行了對(duì)比。
1、中心站2處理環(huán)節(jié)中心站接收到基準(zhǔn)站傳送過(guò)來(lái)的電離層時(shí)延原始觀測(cè)量后，在一定的電離層時(shí)延模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，并產(chǎn)生與電離層時(shí)延模型相對(duì)應(yīng)的電離層模型參數(shù)，將這些模型參數(shù)廣播出去供用戶修正使用。
已有的衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)從電離層薄層模型(1)式出發(fā)，根據(jù)(1)式和基準(zhǔn)站電離層折射時(shí)延觀測(cè)值TEC∠計(jì)算出表征電離層折射時(shí)延模式的模型參數(shù)TEC⊥；進(jìn)而，設(shè)定一定的TEC⊥空間分布模式，進(jìn)一步計(jì)算得出TEC⊥的空間分布模型參數(shù)。對(duì)于TEC⊥空間分布模型，目前有多種不同選擇。比如，以5度或10度的間隔在服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)置一系(比如N個(gè))經(jīng)緯度網(wǎng)格點(diǎn)，用網(wǎng)格點(diǎn)上的垂向電離層時(shí)延(TEC⊥(k)，k＝1，2，…N)表征TEC⊥的空間分布。在得到上述表征TEC⊥空間分布模型的模型參數(shù)(比如網(wǎng)格點(diǎn)模型中的(TEC⊥(k)，k＝1，2，…N))后，將它們廣播出去，供用戶計(jì)算其所需的電離層折射時(shí)延改正量用。
與上述傳統(tǒng)方法不同，本發(fā)明從(4)式、(5)式和(6)式出發(fā)，按如下步驟進(jìn)行處理①根據(jù)(4)式和(5)式以及基準(zhǔn)站電離層時(shí)延原始觀測(cè)量TEC∠組成有關(guān)待解量TEC⊥和γ的觀測(cè)方程組；②利用(6)式的關(guān)于γ的空間分布模型，同時(shí)沿用上述已有的方法中采用的TEC⊥空間分布模型(比如網(wǎng)格點(diǎn)模型)，從觀測(cè)方程組中解算表征γ值空間分布的模型參數(shù)(αi，i＝1，2，…p)和表征TEC⊥值空間分布的模型參數(shù)(比如網(wǎng)格點(diǎn)模型中的(TEC⊥(k)，k＝1，2，…N))；③將表征γ值空間分布的模型參數(shù)(αi，i＝1，2，…p)和表征TEC⊥值空間分布的模型參數(shù)(比如網(wǎng)格點(diǎn)模型中的(TEC⊥(k)，k＝1，2，…N))廣播出去，供用戶使用。
2、電離層時(shí)延改正廣播參數(shù)及其格式已有的衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)從電離層薄層模型(1)式出發(fā)，在設(shè)定了一定的垂向電離層電子濃度總含量TEC⊥空間分布模型的基礎(chǔ)上(比如網(wǎng)格點(diǎn)模型)，依據(jù)電離層薄層模型廣播該TEC⊥空間分布模型對(duì)應(yīng)的模型參數(shù)(比如網(wǎng)格點(diǎn)模型中的(TEC⊥(k)，k＝1，2，…N))。
本發(fā)明從(4)式、(5)式和(6)式出發(fā)，沿用已有的衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)中的TEC⊥空間分布模型(比如網(wǎng)格點(diǎn)模型)，廣播該空間分布對(duì)應(yīng)的TEC⊥空間分布模型參數(shù)(比如網(wǎng)格點(diǎn)模型中的TEC⊥空間分布模型參數(shù)(TEC⊥(k)，k＝1，2，…N))；同時(shí)，依據(jù)(6)式給出的電離層薄層傾斜角γ的空間分布模型，廣播該模型的模型參數(shù)(αi，i＝1，2，…p)。
3、用戶3端處理環(huán)節(jié)已有的衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航廣域差分系統(tǒng)中用戶算法首先根據(jù)接收到的TEC⊥空間分布模型參數(shù)(比如網(wǎng)格點(diǎn)模型中的參數(shù)(TEC⊥(k)，k＝1，2，…N))計(jì)算用戶對(duì)應(yīng)的某空間點(diǎn)上的垂向電離層電子濃度總含量值TEC⊥；然后根據(jù)(1)式的電離層模型計(jì)算用戶誤差修正所需的電離層斜向電子濃度總含量TEC∠；最后應(yīng)用TEC∠進(jìn)行誤差修正。
本發(fā)明采用如下步驟進(jìn)行用戶端的誤差修正
①接收中心站通過(guò)廣播信道向用戶廣播的TEC⊥空間分布模型參數(shù)(比如網(wǎng)格點(diǎn)模型中的參數(shù)(TEC⊥(k)，k＝1，2，…N))；②利用接收到的TEC⊥空間分布模型參數(shù)(比如網(wǎng)格點(diǎn)模型中的(TEC⊥(k)，k＝1，2，…N))和TEC⊥空間分布模型(比如網(wǎng)格點(diǎn)模型)計(jì)算用戶對(duì)應(yīng)的某空間點(diǎn)上的垂向電離層電子濃度總含量值TEC⊥；③接收中心站通過(guò)廣播信道向用戶廣播的電離層薄層傾斜角γ值的空間分布模型參數(shù)(αi，i＝1，2，…p)；④利用(6)式給出的關(guān)于電離層薄層傾斜角γ的空間分布模型和接收到的模型參數(shù)(αi，i＝1，2，…p)計(jì)算用戶對(duì)應(yīng)的某空間點(diǎn)上的γ值；⑤根據(jù)以上幾步的計(jì)算結(jié)果和(5)式或(4)式計(jì)算用戶進(jìn)行誤差修正所需的電離層斜向電子濃度總含量TEC∠；最后應(yīng)用TEC∠進(jìn)行誤差修正。
權(quán)利要求
1.一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中電離層折射時(shí)延改正的方法，其特征在于電離層模型其關(guān)系為TEC⊥＝TEC∠·[sinγ·cosβ·cos(σ-η)+cosγ·sinβ] (4)或TEC⊥＝TEC∠·(γ·cosβ·cosσ+sinβ)(5)其中，γ為電離層傾斜的角度(或稱傾斜因子，物理意義是薄層法線方向偏離垂向的角度)，η為薄層法線方向在水平面內(nèi)投影偏離北向的角度，σ是為電波射線方位角；電離層傾斜的角度γ用以下空間分布模型表述 其中，(θ，)為電波射線電離層穿越點(diǎn)的經(jīng)緯度，p為模型階數(shù)，0為某一起算緯度值，(αi，i＝1，2，…p)為上述表征γ值空間分布的模型系數(shù)；具體實(shí)施步驟為①在中心站從基準(zhǔn)站電離層折射時(shí)延觀測(cè)量出發(fā)，利用公式(6)式、(4)式或(5)式，計(jì)算新的電離層薄層模型對(duì)應(yīng)的TEC⊥、γ值的空間分布模型參數(shù)；②中心站將這些模型參數(shù)通過(guò)廣播信道廣播出去；③用戶根據(jù)傾斜電離層薄層模型公式(6)式、(4)式或(5)式，和接收到的廣播參數(shù)，反算其進(jìn)行電離層折射時(shí)延修正所需的電離層電離層電子濃度總含量，進(jìn)行誤差修正。
2.按權(quán)利要求1所述的一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中電離層折射時(shí)延改正的方法，其特征在于，在衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或廣域差分系統(tǒng)的中心站，按如下步驟進(jìn)行處理①根據(jù)(4)式和(5)式以及基準(zhǔn)站電離層時(shí)延原始觀測(cè)量TEC∠組成有關(guān)TEC⊥和γ的觀測(cè)方程組；②利用(6)式的關(guān)于γ的空間分布模型，同時(shí)沿用原有方法中采用的TEC⊥空間分布模型，從觀測(cè)方程組中解算表征γ值空間分布的模型參數(shù)(αi，i＝1，2，…p)和表征TEC⊥值空間分布的模型參數(shù)；③將表征γ值空間分布的模型參數(shù)(αi，i＝1，2，…p)和表征TEC⊥值空間分布的模型參數(shù)廣播出去，供用戶使用。
3.按權(quán)利要求1所述的一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中電離層折射時(shí)延改正的方法，其特征在于，在衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或廣域差分系統(tǒng)的電離層折射時(shí)延改正廣播信息格式上，按(6)式給出的電離層薄層傾斜角γ的空間分布模型，廣播該模型的模型參數(shù)(αi，i＝1，2，…p)，以便用戶接收使用。
4.按權(quán)利要求1所述的一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中電離層折射時(shí)延改正的方法，其特征在于，在衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)或廣域差分系統(tǒng)的用戶端，采用如下步驟進(jìn)行誤差修正①利用通過(guò)廣播信道接收到的TEC⊥空間分布模型參數(shù)和TEC⊥空間分布模型計(jì)算用戶對(duì)應(yīng)的某空間點(diǎn)上的垂向電離層電子濃度總含量值TEC⊥；②利用(6)式給出的關(guān)于電離層薄層傾斜角γ的空間分布模型和通過(guò)廣播信道接收到的模型參數(shù)(αi，i＝1，2，…p)計(jì)算用戶對(duì)應(yīng)的某空間點(diǎn)上的γ值；③根據(jù)以上兩步的計(jì)算結(jié)果和(5)式或(4)式計(jì)算用戶進(jìn)行誤差修正所需的電離層斜向電子濃度總含量TEC∠；最后應(yīng)用TEC∠進(jìn)行誤差修正。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中建立在改進(jìn)的電離層薄層模型基礎(chǔ)上的電磁波電離層折射時(shí)延改正的方法,主要是對(duì)已有的電離層薄層模型進(jìn)行了改進(jìn),提出了一種允許薄層傾斜的新的電離層薄層模型。在該新模型的基礎(chǔ)上,建立了中心控制站電波電離層折射時(shí)延改正計(jì)算的方法、中心站向用戶廣播電離層折射時(shí)延改正模型參數(shù)的廣播參數(shù)格式、以及用戶端電離層折射時(shí)延改正方法。由于本發(fā)明的對(duì)應(yīng)的電波電離層折射時(shí)延的改正精度明顯好于傳統(tǒng)方法的精度并同時(shí)兼容傳統(tǒng)方法,而需要新增的廣播容量很小,計(jì)算簡(jiǎn)單,使得建立在本發(fā)明基礎(chǔ)上的系統(tǒng)非常便于工程實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G01S13/91GK1382999SQ02115609
公開日2002年12月4日 申請(qǐng)日期2002年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月18日
發(fā)明者袁洪, 萬(wàn)衛(wèi)星, 寧百齊, 劉立波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所