一种基于掩星数据的电离层精细化三维重构方法

1.一种基于掩星数据的电离层精细化三维重构方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、对掩星电离层探测数据处理及校正，得到相对电离层电子总量；S2、对相对电离层电子总量计算碰撞参数，得到校正电离层电子总量，并进入步骤S4；S3、划分三维规则格网，得到三维电离层经验模型密度场，并进入步骤S4；S4、基于校正电离层电子总量与三维电离层经验模型密度场计算电离层电子总量几何信息；S5、对计算后的电离层电子总量几何信息运用卡尔曼滤波融合算法，得到电离层精细化三维重构模型；S6、对电离层精细化三维重构模型计算电离层二维电子总量，得到二维电离层电子总量；在步骤S1中，对掩星电离层探测数据处理及校正，得到相对电离层电子总量，包括：S11、低轨卫星接收GNSS卫星发射的导航信号获得掩星电离层探测数据；S12、对掩星电离层探测数据进行周跳探测及修复、平滑伪距处理，获得掩星电离层探测数据的载波相位和伪距数据；S13、对载波相位和伪距数据运用双频组合获得电离层电子总量；S14、结合GNSS卫星发射的导航信号对伪距和载波相位的影响以及电离层误差，对电离层电子总量进行校正得到相对电离层电子总量；在步骤S14中，对电离层电子总量进行校正得到相对电离层电子总量，包括：S141、令电离层电子总量表达如下：式中，TEC j,k 表示电离层电子总量；j,k表示不同发射机和接收机标识；X k 表示不同接收机位置；X j 表示不同接收机位置；n e 表示电子密度；s表示发射机和接收机的几何路径；S142、结合载波相位的影响以及电离层误差，电离层电子总量通过双频线性组合的方式得到：式中， 表示通过伪距得到的沿信号路径的电离层电子总量；P表示伪距；j,k表示不同发射机和接收机标识；f 1,2 表示载波信号1的频率平方；f 2,2 表示载波信号2的频率平方； 表示不同发射机和接收机间载波信号1的伪距； 表示不同发射机和接收机间载波信号2的伪距；C表示真空中的光速；δd j ,δd k 分别为不同导航星和接收机的硬件码偏差；δm j,k 为不同导航星和接收机间多路径效应残差；ε j,k 为不同导航星和接收机间的观测误差及其他误差； 表示通过载波相位得到的沿信号路径的电离层电子总量；φ为信号波长；φ 1 为载波信号1的波长；φ 2 为载波信号2的波长； 为不同发射机和接收机间载波信号1的载波相位； 为不同发射机和接收机间载波信号2的载波相位； 为模糊度； 为相位观测误差；S143、对步骤S142获得载波相位电离层电子总量、伪距电离层电子总量联合求解，得到高精度的电离层电子总量；S144、计算一次连续弧段中伪距电离层电子总量与载波相位电离层电子总量的偏差：式中，B j,k 表示伪距和相位TEC偏差；j,k表示不同发射机和接收机标识；N表示TEC组合总数量；δ表示权重； 表示伪距计算得到的电离层电子总量； 为载波相位计算得到的电离层电子总量；去除偏差的载波相位电离层电子总量：式中，TEC j,k 表示校正后的电离层电子总量； 表示相位计算得出的电离层电子总量；B j,k 为TEC偏差；由此，得到相对电离层电子总量；在步骤S2中，对相对电离层电子总量计算碰撞参数，得到校正电离层电子总量，包括：S21、设定碰撞参数表征地心到低轨卫星与GNSS卫星连线的垂直距离；S22、获得低轨卫星和GNSS卫星的位置坐标，低轨卫星和GNSS卫星的位置坐标结合地心坐标得到直线碰撞参数和对应低轨卫星和GNSS卫星连线上投影点的位置坐标；S23、将投影点的位置坐标转换到地固参考系，并在最大的碰撞参数两边重新记录碰撞参数和相位序列；S24、通过非掩星侧的辅助观测数据校正相对电离层电子总量，消除低轨卫星轨道高度以上的电子总量，获得轨卫星轨道高度下的电离层贡献的电子总量即得到校正电离层电子总量；在步骤S3中，划分三维规则格网，得到三维电离层经验模型密度场，包括：按照电离层范围、经度和纬度分辨率、高度层级进行划分得到三维规则格网，将其和IRI模型、NeQuick模型结合计算得到三维电离层经验模型密度场。 2.根据权利要求1所述的一种基于掩星数据的电离层精细化三维重构方法，其特征在于：在步骤S4中，基于校正电离层电子总量与三维电离层经验模型密度场计算电离层电子总量几何信息，包括：S41、将三维电离层经验模型密度场作为初始场，运用射线追踪，判断每段传播路径所属格网，实现基于格网的电离层路径格网化；S42、计算追踪GNSS卫星的导航信号形成投影矩阵过程中的截距，每个格网截距和其对应格网中心的电子密度的乘积表示每段路径贡献的电子量，得到电离层电子总量几何信息。