一种非球对称假设的电离层掩星反演方法及装置

1.一种非球对称假设的电离层掩星反演方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、通过数据处理模块解算掩星观测碰撞参数和绝对总电子含量；S2、通过模型建立模块构建非球对称假设反演函数模型；在步骤S1，通过数据处理模块解算掩星观测碰撞参数和绝对总电子含量，包括：S11、对电离层掩星观测的原始数据处理后生成电离层掩星附加相位文件，采用电离层掩星附加相位文件作为电离层掩星反演的输入文件；S12、在电波直线传播假设下，根据垂直关系和共线关系解算掩星切点P的坐标及碰撞参数p；S13、对电离层掩星附加相位文件的双频附加相位观测值进行周跳探测与修复后，利用滑动窗口平滑滤波抑制高频噪声，再组合双频相位获取相对总电子含量；S14、利用非掩星时段的观测数据校正掩星时段的观测数据，对最大碰撞参数两侧的相对TEC进行高度重排序，非掩星时段的相对TEC三次样条插值到与掩星时段同等的碰撞高度上，差分得到绝对总电子含量；在步骤S2，通过模型建立模块构建非球对称假设反演函数模型，包括：S21、推导电子密度反演公式、顶部电子密度估计以及利用三维电离层经验模型构建递推关系；S22、生成电离层电子密度廓线；在步骤S21中，推导电子密度反演公式、顶部电子密度估计以及利用三维电离层经验模型构建递推关系，包括：绝对总电子含量为信号路径上电子密度的积分，表达式为公式(5)；在电波直线传播假设下，BC段的绝对总电子含量表达式为公式(6)；掩星时段内存在若干次观测，如果利用连续观测的碰撞参数作同心圆，则把BC段路径分解为若干球层间的线段之和，假设球层间电子密度线性变化，则可以求解积分，把绝对总电子含量线性化为路径与各球层交点处电子密度的线性组合，表达式为公式(7)；由此得到电子密度反演公式(9)；顶部掩星切点处电子密度估计表达式为公式(10)；在非球对称假设下，给定额外信息实现更高球层掩星切点处的电子密度到观测路径对应的交点处的电子密度的递推，利用三维电离层经验模型，通过假设实际电离层相应点位的电子密度值的比值与经验模型一致，从而构建递推关系，表达式为公式(11)；在步骤S22中，生成电离层电子密度廓线，包括：把递推关系代入电子密度反演公式，在估算顶部掩星切点处的电子密度后，不断使用电子密度反演公式由高到低逐步推导所有掩星切点处的电子密度，实现非球对称假设下的电离层掩星反演，最终生成电离层电子密度廓线；公式(9)、公式(10)和公式(11)分别为： (9) (10)式中， 表示顶部球层碰撞参数； 表示临近顶部的某一球层的碰撞参数； 表示顶部球层电子密度估计值； 表示临近顶部的某一球层的绝对总电子含量， 和 表示路径与各球层的两处交点的电子密度； 表示无量纲系数； (11)式中， 表示 时刻M点的电子密度； 表示 时刻P点的电子密度； 表示实际反演； 表示模型。 2.根据权利要求1所述的一种非球对称假设的电离层掩星反演方法，其特征在于：在步骤S12中，在电波直线传播假设下，根据垂直关系和共线关系解算掩星切点P的坐标及碰撞参数p，表达式为公式(1)和公式(2)： (1) (2)式中， 表示掩星切点P的空间向量； 表示地心O的空间向量； 表示导航卫星坐标A的空间向量； 表示低轨卫星坐标C的空间向量；分式中分母的 表示二阶范数；分式中分子的 表示数量积； 表示碰撞参数。 3.根据权利要求1所述的一种非球对称假设的电离层掩星反演方法，其特征在于：在步骤S13中，相对总电子含量表达式为公式(3)： (3)式中， 表示信号路径上的相对总电子含量； 表示在载波信号1上的附加相位值； 表示在载波信号2上的附加相位值； 表示载波信号1的频率的平方； 表示载波信号2的频率的平方。 4.根据权利要求1所述的一种非球对称假设的电离层掩星反演方法，其特征在于：在步骤S14中，绝对总电子含量表达式为公式(4)： (4)式中， 表示掩星观测信号路径上BC段的绝对总电子含量； 表示掩星观测信号路径上AC段的相对总电子含量； 表示非掩星观测信号路径上AB段的相对总电子含量。 5.根据权利要求1所述的一种非球对称假设的电离层掩星反演方法，其特征在于：公式(5)、公式(6)和公式(7)分别为： (5)式中， 表示路径上的绝对总电子含量； 表示路径； 表示电子密度； 表示路径的微元； (6)式中， 表示BC段的绝对总电子含量； 表示碰撞参数； 表示低轨卫星处的地心距离； 表示微元处的地心距离； 表示微元处的电子密度； 表示相对掩星切点对称的微元处的电子密度； 表示路径的微元； (7)式中， 表示观测序列以碰撞参数从小到大排序后该观测的索引； 表示碰撞参数； 表示绝对总电子含量； 的表达式为公式(8)； (8)。 6.根据权利要求1所述的一种非球对称假设的电离层掩星反演方法，其特征在于：电离层掩星附加相位文件包含导航卫星和低轨卫星的位置、速度信息以及双频附加相位观测值信息。 7.一种非球对称假设的电离层掩星反演装置，应用权利要求1至6任一所述的一种非球对称假设的电离层掩星反演方法，其特征在于：包括数据处理模块和模型建立模块；所述数据处理模块用于解算掩星观测碰撞参数和绝对总电子含量；所述模型建立模块用于构建非球对称假设反演函数模型。