一种考虑等离子泡耗空周跳量的GNSSL频段电离层幅度闪烁伪指数计算方法与流程

本发明属于卫星导航，特别涉及该领域中的一种考虑等离子泡耗空周跳量的gnss l频段电离层幅度闪烁伪指数计算方法。

背景技术：

1、随着电离层中电子密度不均匀结构的产生和发展，使得穿越电离层的无线电波被散射，其电磁能量在时空中重新分布，从而引起信号的幅度、相位、到达角和极化状态等发生短期的不规则的变化，这种现象被称为电离层闪烁。电离层闪烁能导致地空无线电系统的信号幅度、相位的随机起伏，会直接影响卫星导航/卫星通信/雷达等电子信息系统的误码率、通信质量、定位精度、作用距离等性能指标，严重时可能造成卫星导航、卫星通信等系统信号中断。

2、基于gnss卫星的电离层闪烁监测是随着全球卫星导航系统的不断发展而出现的。gps l频段电离层闪烁监测仪是目前广泛使用的一种监测电离层闪烁的仪器，由于其实用性强，观测数据具有全天候、时空分辨率高、连续性好等优势，在电离层气候与空间天气研究方面得到了广泛应用。由于gnss l频段电离层闪烁监测仪成本高，部署量较少，难以生成引起l频段电离层闪烁的电离层不均匀体区域形态图像，使得当前阶段对l频段电离层闪烁的影响评估和预警保障能力不高。大地测量型gnss则部署广泛，其中中国陆态网就有260多个gnss观测站，目前国内大地测量型gnss观测站规模超过1000个。大地测量型gnss接收机不能提供电离层幅度闪烁s4指数，因此，国内外研究人员广泛采用电离层tec的变化率标准差roti这一参数来表征电离层幅度闪烁s4指数，但roti在低纬地区与电离层幅度闪烁s4指数相关性较低，仅在高纬地区与电离层相位闪烁σφ指数拥有较好相关性。

技术实现思路

1、本发明为了解决低纬地区gnss l频段电离层闪烁影响评估及区域态势生成的问题，提供一种考虑等离子泡耗空周跳量的gnss l频段电离层幅度闪烁伪指数计算方法。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种考虑等离子泡耗空周跳量的gnss l频段电离层幅度闪烁伪指数计算方法，其改进之处在于，包括如下步骤：

4、步骤1，基于gnss双频相位观测数据计算相位相对tecr的时间差分值δtecr(k)；

5、步骤2，基于δtecr(k)统计特性检测相位相对tecr是否存在周跳；

6、步骤3，估计等离子泡耗空造成的δtecr(k)周跳量δteccycle；

7、步骤4，估计剔除等离子泡耗空造成的周跳量δteccycle后的δtecr(k)周跳修复量εtec：

8、εtec＝δtecr(k)-xcorr

9、步骤5，修复tecr时序数据：

10、for nk＝k:nlen

11、tec'r(nk)＝tecr(nk)-εtec

12、上式中，nlen为一个连续观测时间段内的tecr时序数据总数；

13、步骤6，计算gnss l频段电离层幅度闪烁伪指数sσtec。

14、进一步的，所述步骤1具体为：

15、获取gnss l1频段和l2频段的相位观测值，计算相位相对tecr：

16、

17、上式中：m1＝299792458/(1575.42×106)；m2＝299792458/(1227.6×106)；φ1为l1频段gnss相位观测值；φ2为l2频段gnss相位观测值；tecrn为相位相对tec的整周模糊度；为随机噪声；

18、计算相位相对tecr的时间差分值δtecr(k)：

19、δtecr(k)＝tecr(k)-tecr(k-1)

20、上式中：tecr(k)为k时刻的相位相对tecr；tecr(k-1)为k-1时刻的相位相对tecr。

21、进一步的，所述步骤2具体为：

22、用mtecr和σtecr分别表示k时刻之前5分钟时间内的δtecr(k)时间序列的均值和标准差，当δtecr(k)同时满足以下两个条件时，判定相位相对tecr在k时刻发生了周跳：

23、|δtecr(k)|＞δ

24、|δtecr(k)-mtecr|≥4×σtecr

25、上式中：δ＝0.03。

26、进一步的，所述步骤3具体为：

27、当|δtecr(k)/δtecr(k-1)|≤1时，不需要估计等离子泡耗空造成的δtecr(k)周跳量δteccycle，此时δtecr(k)的估计值xcorr＝mtecr；

28、当|δtecr(k)/δtecr(k-1)|＞1时，需要估计等离子泡耗空造成的δtecr(k)周跳量δteccycl，步骤如下：

29、估计等离子泡耗空造成的δtecr(k)最大可能周跳数nt：

30、

31、等离子泡耗空造成的δtecr(k)周跳量δteccycle估计公式如下：

32、从n1＝0,1,2,......,180，n2＝0,1,2,......,180中搜索一个整数对(n1es,n2es)，其使公式取最小值；

33、从而获得：

34、

35、上式中，c＝299792458；f1＝1575.42*1016；f2＝1227.6*1016；

36、周跳校正后k时刻的δtecr(k)估计值xcorr计算公式如下：

37、xcorr＝δtecr(k)-δteccycle。

38、进一步的，所述步骤6具体为：

39、获取修复后相位相对tec'r(k)的扰动值δtecr(k)：

40、

41、上式中，<tec'r>表示k时刻前后2×n+1个tec'r(k)数据的算术平均，n为半个数据平滑窗口的数据数量；

42、gnss l频段电离层幅度闪烁伪指数sσtec定义为5分钟内全部δtecr(k)数据的标准差，数据总数为m个，计算公式如下：

43、

44、本发明的有益效果是：

45、本发明所公开的方法，可以通过对国内外密集分布的大地测量型gnss接收机的相位tec观测数据进行处理，提取电离层幅度闪烁伪指数来表征l频段电离层幅度闪烁发生强度，在解决电离层闪烁观测站部署不足问题的同时，实现了gnss l频段电离层闪烁大区域精细化成像，有效提升了我国l频段电离层闪烁信息保障能力，进而为电离层闪烁对卫星通信、卫星导航、雷达监视等系统的影响评估及告警预警提供了技术支持，具有重要的经济和军事意义。

技术特征：

1.一种考虑等离子泡耗空周跳量的gnss l频段电离层幅度闪烁伪指数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述考虑等离子泡耗空周跳量的gnss l频段电离层幅度闪烁伪指数计算方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

3.根据权利要求1所述考虑等离子泡耗空周跳量的gnss l频段电离层幅度闪烁伪指数计算方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

4.根据权利要求1所述考虑等离子泡耗空周跳量的gnss l频段电离层幅度闪烁伪指数计算方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

5.根据权利要求1所述考虑等离子泡耗空周跳量的gnss l频段电离层幅度闪烁伪指数计算方法，其特征在于，所述步骤6具体为：

技术总结本发明公开了一种考虑等离子泡耗空周跳量的GNSS L频段电离层幅度闪烁伪指数计算方法，包括如下步骤：步骤1，基于GNSS双频相位观测数据计算相位相对的时间差分值；步骤2，基统计特性检测相位相对是否存在周跳；步骤3，估计等离子泡耗空造成的周跳量，步骤4，估计剔除等离子泡耗空造成的周跳量后的周跳修复量，步骤5，修复时序数据，步骤6，计算GNSS L频段电离层幅度闪烁伪指数。本发明公开的方法，有效提升了我国L频段电离层闪烁信息保障能力，进而为电离层闪烁对卫星通信、卫星导航、雷达监视等系统的影响评估及告警预警提供了技术支持。技术研发人员：张红波,王飞飞,李海英,周谷,靳睿敏,彭怀云,杨会贇,陈龙江,田霞受保护的技术使用者：中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所）技术研发日：技术公布日：2024/9/29