(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111678422.0 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 中国电波传播研究所 （中国电子科 技集团公司第二十二研究所） 地址 266107 山东省青岛市城阳区仙山 东 路36号 (72)发明人 欧明　甄卫民　陈亮　熊雯　冯健　 王妍　陈龙江　许娜　吴家燕　 马宝田　谭帅　刘少林　於晓　 郭敏军　 (74)专利代理 机构 青岛博雅知识产权代理事务 所(普通合伙) 37317 专利代理师 封代臣 (51)Int.Cl. G01S 19/23(2010.01)G01S 19/37(2010.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种基于GNSS掩星与三频信标的电离层探 测性能仿真评估方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于GNSS掩星与三频信 标的电离层探测性能仿真评估 方法， 包括如下步 骤： 步骤A， GNSS掩星电离层探测数据仿真； 步骤 B， GNSS掩星电离层反演； 步骤C， 三频信标电离层 探测数据仿真； 步骤D， 三频信标电离层层析成 像； 步骤E， 电离层探测性能评估。 本发明所公开 基于GNSS掩星与三频信标的电离层探测性能仿 真评估方法， 结合真实的卫星星历、 GNSS掩星和 三频信标接收机的参数， 利用数值仿真方法对两 种载荷的电离层测量过程进行模拟， 并在此基础 上对两种载荷的电离层测量结果进行交叉对比， 从而评估仪器指标及反演结果是否满足卫星工 程要求。 权利要求书5页 说明书11页 附图6页 CN 115015974 A 2022.09.06 CN 115015974 A 1.一种基于GNSS掩星与三频信标的电离层探测性能仿真评估方法， 其特征在于， 包括 如下步骤： 步骤A， GNS S掩星电离层探测数据仿真： 步骤A1， 生成 或下载参与掩星电离层探测的GNS S与LEO两行轨道星历TLE； 步骤A2， 设定数据仿真的起始和终止时刻、 数据采样率、 掩星观测的可视角FOV； 步骤A3， 读取GNSS与LEO卫星的TLE星历文件， 利用简化常规摄动模型SGP4模型计算得 到地心地固坐标系下的卫星坐标； 步骤A4， 计算GNS S与LEO之间无线电信号传播路径与地球电离层的碰撞点； 步骤A5， 判决掩星事件： 根据掩星碰撞点的坐标矢量信 息， 通过坐标转换计算得到碰撞 点的高度， 在真空近似 下， 电离层 掩星的判断条件为： 掩星碰撞 点大于60km， 小于LEO卫星高 度， 矢量夹角 θ在掩星接收机可视角FOV范围内； 步骤A6， 保存满足步骤A5条件的GNSS卫星、 LEO卫星和掩星碰撞点的位置信息， 并将结 果存储到文本文件中； 步骤B， GNS S掩星电离层反演： 步骤B1， 选择电离层模型NeQuick进行电离层状态仿真， 设定太阳辐射指数F10.7、 月份 和UT时刻作为 NeQuick的输入； 步骤B2， 读取步骤A6存储的数据， 将GNSS卫星、 LEO卫星和掩星碰撞点的地理经纬度输 入到NeQuick模型中， 分别计 算GNSS卫星与掩星碰撞点之间的总电子含量TECGT和LEO卫星与 掩星碰撞点路径上的总电子含量TE CTL； 计算GNS S卫星与LEO卫星之间的电离层TE C值： TEC＝TECGT+TECTL 步骤B3， 基于穿刺法， 利用绝对TE C反演电离层电子密度剖面： εk＝(pi+1‑pi)/pi 其中， εk和ci,k为无量纲系数， k＝0,1,2, …,m， Ne表示反演的电子密度剖面， p为掩星射 线的碰撞高度， 下 标i表示高度分层的编号， m表示高度分层总数； 步骤C， 三频信标电离层探测数据仿真：权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115015974 A 2步骤C1， 生成 或下载搭载三频信标发射机的LEO卫星的TLE星历； 步骤C2， 设定数据仿真的起始和 终止时刻、 数据采样率、 三频信标接收机数量、 坐标和 接收机观测的截止仰角； 步骤C3， 读取LEO卫星的TLE星历文件， 利用SGP4模型计算得到地心地固系下的卫星坐 标； 步骤C4， 输入三频信标接收机的纬度、 经度和高度坐标 和LEO卫星的纬度、 经度和高度坐标 计算接收机与卫星的仰角E， 计算方法如下： Δ λ＝ λd‑λs rd＝Re+hd rs＝Re+hs 其中， Re表示地球半径， Δ λ表示三频信标接收机与LEO卫星间经度的差值， L表示三频信 标接收机与LEO卫星之间的大圆距离， rd表示接收机与地心之间的距离， rs表示卫星到地心 的距离； 步骤C5， 判断仰角E是否大于三频信标接收机的观测截止仰角Eobs， 若E大于Eobs， 则将三 频信标接收机经、 纬、 高度， LEO卫星轨道的经、 纬、 高度保存到 接收机内存内； 步骤C6， 保存满足步骤C4条件 的卫星可视时刻、 LEO卫星和接收机位置信息， 并将其存 储到文本文件中； 步骤C7， 选择电离层模型NeQuick进行电离层状态仿真， 设定太阳辐射指数F10.7、 月份 和UT时刻作为 NeQuick的输入， 相关参数设置与步骤B1相同； 步骤C8， 将三频信标接收机经、 纬、 高度作 为起始点坐标， LEO卫星轨道的经、 纬、 高度作 为结束点坐标， 输入到NeQuick模型中， 计算卫星可视时刻三频信 标接收机与LEO卫星间的 总电子含量TE Cbeacon； 步骤C9， 模拟三频信标电离层探测数据， 提取三频信标接收机测量的电离层TE C数据； 步骤C10， 将信标接收机坐标、 LEO卫星轨道坐标和接收机测量的TEC及其对应的观测时 刻存储到指定的文件内； 步骤D， 三频信标电离层 层析成像： 步骤D1， 确定层析成像区域， 该成像区域是三频信标接收机信号覆盖的区域， 划定起始 纬度、 终止纬度、 起始高度、 终止高度以及等效经度面； 步骤D2， 将待反演区域电子密度离 散化网格划分； 步骤D3， 根据LEO卫星和三频信标接收机地面台站位置求射线在每一个网格内截距的 长度， 确定投影矩阵； 步骤D4， 确定层析成像迭代初始值； 步骤D5， 利用电离层 层析算法求 解三频信标反演的电离层电子密度剖面； 步骤E， 电离层探测性能评估：权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115015974 A 3