一种卫星导航信号电离层差分改正数估计方法

摘要

本发明涉及一种卫星导航信号电离层差分改正数估计方法，该方法的步骤如下：步骤一，根据地面参考站对于卫星的连续跟踪观测，计算出由此形成的电离层穿透点的位置，并且从观测量中提取出各个穿透点处的电离层垂直延迟，随后以这些穿透点上的电离层垂直延迟作为观测量构建滤波模型，滤波模型是滤波器进行估计的基础，滤波模型包括状态模型和量测模型，状态模型通过电离层延迟的缓变特性构造，量测模型根据双线性模型构造；步骤二，各个子滤波器同步运行，得到各自对于电离层差分改正数的估计结果，并按照各个子滤波器的不同电离层可观测性因子对于各自的估计结果进行加权，从而得到最终的电离层差分改正数估计。

主权项

一种卫星导航信号电离层差分改正数估计方法，特别是指基于加权卡尔曼滤波的卫星导航信号电离层差分改正数估计方法，其特征在于：该方法的步骤如下：步骤一，根据地面参考站对于卫星的连续跟踪观测，计算出由此形成的电离层穿透点的位置，并且从观测量中提取出各个穿透点处的电离层垂直延迟，随后以这些穿透点上的电离层垂直延迟作为观测量构建滤波模型，滤波模型是滤波器进行估计的基础，滤波模型包括状态模型和量测模型，状态模型通过电离层延迟的缓变特性构造，量测模型根据双线性模型构造；步骤二，各个子滤波器同步运行，得到各自对于电离层差分改正数的估计结果，并按照各个子滤波器的不同电离层可观测性因子对于各自的估计结果进行加权，从而得到最终的电离层差分改正数估计；其中，在步骤一中所述的“根据地面参考站对于卫星的连续跟踪观测，计算出由此形成的电离层穿透点的位置”，其计算出的方法如下：地面观测站点对于GPS卫星的连续跟踪观测会在电离层参考面上形成若干的电离层延迟穿透点，这些穿透点的位置可以表示为：其中的λ_IPP,分别表示穿透点的经度和纬度，A为卫星方位角，λ_s,分别为测站的经度和纬度，θ_IPP为地心角，并且：${\theta }_{\mathrm{IPP}}=\frac{\pi }{2}-E-{\sin }^{-1}\left(\frac{R_e}{R_e+H_I}\cos E\right)$其中E为卫星的仰角；其中，在步骤一中所述的“从观测量中提取出各个穿透点处的电离层垂直延迟，随后以这些穿透点上的电离层垂直延迟作为观测量构建滤波模型”，其方法如下：待估计的电离层延迟差分改正数实际是各个预先划分的格网点处的电离层延迟，地面参考站通过对导航卫星进行连续跟踪观测，形成若干电离层穿透点，将这些穿透点处的电离层延迟作为电离层观测量，利用这些观测量估计电离层差分改正数；对于某个格网的而言，这些观测量分布于待估计格网点周围的四个格网区域中，所以可将四个格网区域建模为四个并行的子滤波器，位于各个格网区域内的穿透点处的电离层延迟观测量视为各子滤波器的输入；以其中的1个子滤波器为例说明滤波模型的建立过程，其它子滤波器与之类似；该子滤波器的状态方程为：其中x_k为待估计的状态量，并且x_k＝[I_1,k I_2,k I_3,k I_4,k]^T为四个格网点处的电离层延迟；为状态转移矩阵，系统过程噪声w_k是零均值的高斯白噪声序列，并且具有如下的统计特性：E[w_kw_j^T]＝Q_kδ_kj其中Q_k分别为系统过程噪声和观测噪声的协方差矩阵，δ_kj是kronecker函数；根据电离层的缓变特性，当时间间隔较短时，电离层延迟变化缓慢，通常电离层延迟的时域变化速率为2mm/s^[7]，根据这一特点，对于某一个电离层格网点，该处k和k‑1两个相邻时刻的电离层延迟I_k和I_k‑1可以按照如下关系表示sI_k＝E_4×4I_k‑1其中E_4×4为四阶单位矩阵；假定k时刻该格网内有n个穿透点，这些穿透点处的电离层延迟观测量表示为：$z_k={\left[\begin{array}{cccc}{I}_{\mathrm{IPP},k}^1& I_{\mathrm{IPP},k}^2& ...& I_{\mathrm{IPP},k}^n\end{array}\right]}^T$由此可得量测方程为：z_k＝H_kx_k+v_k其中：H_k＝W_k,n×4观测矩阵H_k利用穿透点和格网点之间的位置关系获取：位于某一格网内的任一IPP的延迟值使用加权内插模型建模为四个格网点处的延迟值的线性组合，即采用如下的内插模型表示为$I_{\mathrm{IPP}}^i=\underset{m=1}{\overset{4}{\Sigma }}{w}_n{I}_{\mathrm{IGP}}^m$其中的加权值可以通过的双线性模型计算：w₁＝xyw₂＝(1‑x)yw₃＝(1‑x)(1‑y)w₄＝x(1‑y)其中：$y=\frac{{\lambda }_{\mathrm{IPP}}-{\lambda }_1}{{\lambda }_2-{\lambda }_1}$所以量测矩阵中的任意一行可以表示为：H_i＝[w_i1 w_i2 w_i3 w_i4]；其中，在步骤二中所述的“各个子滤波器同步运行，得到各自对于电离层差分改正数的估计结果，并按照各个子滤波器的不同电离层可观测性因子对于各自的估计结果进行加权”，其方法如下：各子滤波器同步运行，它们的局部估计结果可通过验后最小方差阵进行全局融合:假定k时刻各子滤波器的估计为:x_i(i＝1,…,4)，估计误差的协方差矩阵为：p_i(i＝1,…,4)，则得此时刻的全局融合估计结果为x_g＝(p₁x₁+p₂x₂+p₃x₃+p₄x₄)p_g^‑1其中：$p_g=\underset{i=1}{\overset{4}{\Sigma }}{p_i}^{-1}.$