1.一种基于GNSS 30s采样频率数据的电离层相位闪烁因子构建方法,其特征在于步骤为:
S1、对30s采样频率的GNSS原始载波相位观测数据进行大地测量趋势分离,修正载波相位中的卫星和测站之间的几何距离以及固体潮、天线相位中心、卫星钟差、相位缠绕和对流层静力学延迟误差;
S2、利用宽相组合、无几何关系组合和无电离层组合对GNSS 30s采样频率载波相位数据进行周跳探测与修复;
S3、利用修复周跳后的载波相位数据进行精密单点定位PPP,并结合随机游走模型估计并改正对流层湿延迟;
S4、利用精密单点定位PPP和无电离层组合方法改正接收机钟差,获得仅受电离层影响的观测值残差,
S5、利用小波变换的方法从观测值残差中提取电离层闪烁信号,以5分钟作为滑动窗口对提取出的电离层闪烁信号做标准差,构建出闪烁因子;
S6、利用电离层闪烁监测接收机获取电离层相位闪烁因子的相关性,结合构建的闪烁因子与电离层相位闪烁因子的相关性反向优化电离层闪烁特征频带区间、Morse小波的对称参数与时间带宽积;
S7、将电离层闪烁监测接收机提供的相位闪烁因子作为参考值,利用偏斜分析方法确定所构建闪烁因子与参考值之间90%最接近0值的差值对应的数值上边界范围,将该边界值作为所构建闪烁因子的经验阈值;
S8、以太阳活动、地磁活动的物理参数和测站坐标作为自变量,以经验阈值作为因变量,利用多元非线性回归的方法构建出经验阈值模型。
2.根据权利要求1所述的基于GNSS 30s采样频率数据的电离层相位闪烁因子构建方法,其特征在于具体的:对30s采样频率的GNSS原始载波相位数据进行大地测量趋势分离:首先利用国际GNSS服务提供的精密轨道文件改正卫星和测站之间的几何距离,然后利用二阶潮汐模型改正固体潮误差,利用IGS提供的天线相位模型改正卫星和接收机天线相位中心误差,利用IGS提供的精密钟差文件改正卫星钟误差,改正相位缠绕误差,利用UNB3m模型改正对流层静力学延迟误差。
3.根据权利要求1所述的基于GNSS 30s采样频率数据的电离层相位闪烁因子构建方法,其特征在于对GNSS 30s采样频率载波相位数据进行周跳探测与修复方法包括:利用宽相组合和无几何关系组合对载波相位数据进行周跳探测与初次修复;
若在强电离层闪烁的条件下修复1或2周的小周跳,则通过构建无电离层组合观测值的方法对经过初次修复的载波相位数据进一步修复周跳,从而消除99%的电离层误差,获得较为精准的周跳探测检测值。
4.根据权利要求1所述的基于GNSS 30s采样频率数据的电离层相位闪烁因子构建方法,其特征在于对流层湿延迟改正包括以下两步:首先利用随机游走模型对载波相位数据中的对流层湿延迟进行初步估计,然后利用静态精密单点定位PPP方法对对流层湿延迟做进一步估计,其中将经过大地测量趋势分离和周跳修复后的载波相位数据残差作为PPP的观测量,将测站坐标作为已知量,仅将接收机钟差和对流层湿延迟作为待求量,利用扩展卡尔曼Kalman滤波方法对PPP进行解算,获得对流层湿延迟的改正量。
5.根据权利要求1所述的基于GNSS 30s采样频率数据的电离层相位闪烁因子构建方法,其特征在于对接收机钟差改正包括以下两步:首先利用静态精密单点定位给出的接收机钟差值做初步的估计,然后利用经过大地测量趋势分离、周跳和对流层湿延迟修正之后的载波相位数据残差构建无电离层组合,由于该组合值在历元间做差后可以消除整周模糊度和电离层闪烁的影响,其残差仅包括历元简差分后的接收机钟差,因此只要对该残差在时间上积分后即可获得接收机钟差的细节部分。
6.根据权利要求1所述的基于GNSS 30s采样频率数据的电离层相位闪烁因子构建方法,其特征在于利用小波变换方法构建电离层闪烁因子及经验参数确定:利用Morse小波基将残差变换到频率域,并对特征频带区间的信号进行小波逆变换,提取出电离层闪烁信号;
设定5分钟的滑动窗口,并对窗口内的电离层闪烁信号取标准差,完成基于测地型接收机的电离层相位闪烁因子的构建。
7.根据权利要求1所述的基于GNSS 30s采样频率数据的电离层相位闪烁因子构建方法,其特征在于30s采样频率中的电离层闪烁特征频带区间、Morse小波的对称参数和时间带宽积的确定方法如下:
根据以下要求确定30s采样频率中的电离层闪烁特征频带区间:首先将电离层闪烁接收机提供的电离相位闪烁因子作为参考值,由于对30s采样频率的GNSS载波相位数据进行小波变换后,其在小波时频谱图的频率上边界通常小于0.014Hz,因此可假设电离层闪烁对应的上边界频率位于0.010Hz与0.013Hz之间,下边界频率要小于上边界频率,以0.001Hz为最小的频率分辨率,可组成42组可能的频带区间上下边界组合;分析由每组频率组合所获得的闪烁因子与参考值的相关性,从而获得最高相关性的组上下边界频率组合即为30s采样频率的GNSS载波相位数据中的电离层闪烁特征的频带区间;
根据以下要求确定Morse小波的对称参数和时间带宽积:以1为步长选取3至25之间的对称参数,以20为步长选取20至1000之间的时间带宽积,同时需要满足数学表示条件:γ为Morse小波的对称参数,β为时间带宽积;分析搜索区间中的每组参数组合获得的闪烁因子与参考值的相关性,选取出相关性较高的几组参数组合以缩小搜索区间;进一步通过分析在无电离层闪烁时段,由各组参数组合获得的闪烁因子与参考值之间的差值,绝对值最小的差值对应的参数组合作为较优的参数组合,即Morse小波的对称参数和时间带宽积。
8.根据权利要求1所述的基于GNSS 30s采样频率数据的电离层相位闪烁因子构建方法,其特征在于利用电离层闪烁监测接收机提供的相位闪烁因子确定所构建闪烁因子的经验阈值方法如下:
由于采样频率的降低会使得所估计闪烁因子的幅值普遍大于由1Hz采样频率或电离层闪烁接收机给出的闪烁因子,从而使通常的经验阈值无法用于由30s采样频率数据构建的电离层闪烁因子,为此需要确定传统的经验阈值0.2rad增量的专门的经验阈值,以保证所构建的闪烁因子对电离层闪烁的监测的准确性;
为使得所构建闪烁因子可准确探测到90%电离层闪烁,因此认为闪烁因子与电离层闪烁接收机提供的相位闪烁因子做差之后的差值在0值附近90%的因子是准确的,并将累计概率密度为90%所对应的上边界作为传统阈值的增量,通过无电离层闪烁发生时段所构建闪烁因子与参考值之间差值的分布规律确认;
利用偏斜分析,确定差值的可能符合的分布函数:若不存在偏斜,则差值符合高斯分布函数,若存在偏斜,则符合指数高斯分布函数,利用每三小时内的差值,确定分布函数中的参数,并据此确定90%概率密度函数的上边界所对应幅值,即为阈值增量δ;在确定阈值增量δ的基础上,所构建闪烁因子的阈值thres表示如下:thres=0.2+δ
其中0.2为利用1Hz或电离层闪烁接收机直接给出的闪烁因子的经验阈值,单位为弧度。
9.根据权利要求8所述的基于GNSS 30s采样频率数据的电离层相位闪烁因子构建方法,其特征在于构建闪烁因子阈值模型具体方法如下:所述阈值不是一个定值,会随测站、太阳活动、地磁的变化而不同,为了在无法提供参考值时,仍可利用所构建闪烁因子进行电离层闪烁监测,需要对阈值进行建模预报;以表征太阳活动的物理参数F10.7、太阳黑子数量和表征地磁活动的Kp、Dst参数以及测站的坐标、地方时作为自变量,以阈值作为因变量,利用多元非线性回归的方法,构建阈值的模型,据此可实现对阈值的预报。