本發明涉及基于多星座GNSS的電離層層析方法及系統，采用多個衛星導航系統進行電離層層析，先確定目標區域范圍，選取目標區域范圍內各個衛星導航系統對應的觀測數據，然后計算各個衛星導航系統對應的總電子含量，并得到衛星導航系統的總電子含量與所求的電離層電子密度之間的關系，最后對衛星導航系統的總電子含量與所求的電離層電子密度之間的關系進行反演解算，解算得到目標區域范圍的電離層電子密度。通過多個不同的衛星導航系統進行電離層層析運算，相較于現有的僅僅通過一種衛星導航系統，反演得到的電離層電子密度的精確性得到了很大的提升，同樣提升了電離層層析方法的可靠性。

技術領域

本發明涉及基于多星座GNSS的電離層層析方法及系統。

背景技術

電離層是大氣中的一部分，其中含有大量的自由電子，這些自由電子的運動會顯著地影響無線電波的傳播。從衛星應用以及了解電離層動力學的角度，確定電離層電子密度(Ionospheric Electron Density，IED)的實時分布尤為重要。全球導航衛星導航系統(Global Navigation Satellite System，GNSS)可以提供接收機沿衛星射線路徑的總電子含量(Total Electron Content，TEC)，使全球導航衛星技術已成為電離層探測的主要工具之一。層析技術最早應用于生物學和醫學領域中，電離層層析技術(ComputerizedIonospheric Tomography，CIT)是將層析技術和衛星信號相結合，利用傳播路徑上的電子含量來獲取電離層電子密度的時空分布。近年來，GPS技術的發展為CIT研究提供了高精度的TEC數據，所以基于GPS的電離層層析成像技術的研究取得了突飛猛進的發展。

基于GPS的電離層層析技術雖然得到了廣泛發展，但是由于GPS站的觀測視角和稀疏分布的限制，使電離層層析反演是一個不適定問題。因此，許多國內外學者提出了各種方法來克服上述問題。聞德保等(2014，2015)針對GPS電離層CIT中不適定問題，先后提出了多種層析算法，并取得了較好的反演結果。Schmidt等(2008)對結合GNSS數據和衛星測高數據進行了電離層區域模型建立研究。Alizadeh等(2011)綜合GNSS、LEO掩星和衛星測高數據進行電離層建模，結果顯示增加掩星數據可以提高電離層建模精度。趙海生、許正文等(2011)提出了一種融合地面垂測、斜測數據、頂部探測儀數據和三頻衛星信標數據的多數據源電離層聯合CIT方法，有效解決有限視角問題，提高CIT結果的垂直分辨率等。湯俊(2015)等將GNSS觀測數據，掩星觀測數據，海洋衛星測高數據和測高儀數據進行融合，提出新的層析算法，進一步提高了層析反演的精度。

由于GPS地面觀測站點不足、觀測視角有限等原因，現有的基于GPS的電離層層析中反演得到的電離層電子密度不夠精確，即電離層層析方法準確性不高。因此需要更多的衛星信號穿過電離層，進而獲得更精確的電離層電子含量TEC，從而得到電離層更真實的結構。

發明內容

本發明的目的是提供基于多星座GNSS的電離層層析方法及系統，解決現有的電離層層析方法的準確性不高的問題。

為實現上述目的，本發明的方案包括：

一種基于多星座GNSS的電離層層析方法，包括以下步驟：

(1)采用多個衛星導航系統進行電離層層析，確定目標區域范圍，選取目標區域范圍內各個衛星導航系統對應的觀測數據；

(2)計算各個衛星導航系統對應的總電子含量；

(3)計算各個衛星導航系統的總電子含量與所求的電離層電子密度之間的系數，得到系數矩陣，根據系數矩陣得到衛星導航系統的總電子含量與所求的電離層電子密度之間的關系；

(4)對衛星導航系統的總電子含量與所求的電離層電子密度之間的關系進行反演解算，解算得到目標區域范圍的電離層電子密度。