(19)國家知識產(chǎn)權(quán)局(10)申請公布號CN120214843A(71)申請人杭州電子科技大學(xué)地址310018浙江省杭州市錢塘區(qū)白楊街道2號大街1158號(72)發(fā)明人林煒蘇明坤孫祺程杜俊瑤(54)發(fā)明名稱一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層析法本發(fā)明公開了一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水演區(qū)域的有效觀測射線數(shù)據(jù)庫；然后建立有效觀測射線系數(shù)矩陣；進(jìn)而根據(jù)觀測射線系數(shù)矩陣和由IRI經(jīng)驗?zāi)Ｐ瞳@得的電子密度初值計算得到域電子密度修正；最后反演區(qū)域電子密度修正附加垂直及水平約束，將處理后的電子密度值作為最終的電離層層析結(jié)果。該方法能夠有效克服因忽略不同區(qū)域格網(wǎng)分辨率選取、水平約束權(quán)值分采集測量日的采集測量日的GNSS原始觀測數(shù)據(jù)從精密星歷文件中提取GNSS衛(wèi)星的位置從觀測文件中提取接收站的位置、偽距、載波相位等原始觀測值通過載波相位和偽距計算電離層TEC實測值分測站分衛(wèi)星排列衛(wèi)星-接收站連線的電離層TEC實測值，以文本形式存儲在本地電腦中輸出有效觀測射線數(shù)據(jù)庫21.一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層析法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1、建立反演區(qū)域的有效觀測射線數(shù)據(jù)庫，所述有效觀測射線為地基接收站和GNSS導(dǎo)航衛(wèi)星的連線，所述有效觀測射線的數(shù)據(jù)包括該條有效觀測射線對應(yīng)接收站的位置和名稱、對應(yīng)衛(wèi)星的位置和衛(wèi)星號，以及電離層TEC實際值，所述有效觀測射線數(shù)據(jù)庫中每一行代表一條有效觀測射線的數(shù)據(jù)，并按數(shù)據(jù)排列順序給每條有效觀測射線進(jìn)行編碼；步驟2-1、將反演區(qū)域劃分為低分辨率立體網(wǎng)格；步驟2-2、計算反演區(qū)域有效觀測射線與所有立體網(wǎng)格的截距值，將反演區(qū)域內(nèi)位于相同高度的所有立體網(wǎng)格視為同一立體網(wǎng)格層，根據(jù)有效觀測射線穿過每個立體網(wǎng)格層的次數(shù)，將該立體網(wǎng)格層中的所有立體網(wǎng)格自適應(yīng)調(diào)整為高分辨率立體網(wǎng)格；步驟2-3、重新計算有效觀測射線與所有高分辨率立體網(wǎng)格的截距值；步驟2-4、根據(jù)穿過有效觀測射線的編碼和截距長度排列立體網(wǎng)格，并采用IRI經(jīng)驗?zāi)Ｐ妥鳛榱Ⅲw網(wǎng)格的電子密度初值，最終輸出觀測射線系數(shù)矩陣；所述觀測射線系數(shù)矩陣的每一行代表一條觀測射線，每一列對應(yīng)一個立體網(wǎng)格，每行中元素的排列順序?qū)?yīng)于立體網(wǎng)格的編碼順序；步驟3、根據(jù)觀測射線系數(shù)矩陣和由IRI經(jīng)驗?zāi)Ｐ瞳@得的電子密度初值計算得到TEC預(yù)測值，采用乘法代數(shù)重構(gòu)法，利用TEC預(yù)測值與TEC實測值的比值修正各個立體網(wǎng)格的電子密度，對立體網(wǎng)格電子密度進(jìn)行多輪迭代更新，直至達(dá)到收斂條件，得到反演區(qū)域重構(gòu)后的電子密度值；步驟4、基于Swarm衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)得到反演區(qū)域電子密度修正；步驟5、反演區(qū)域電子密度修正附加垂直及水平約束，將處理后的電子密度值作為最終的電離層層析結(jié)果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層析從精密星歷文件中提取測量日反演區(qū)域內(nèi)GNSS導(dǎo)航衛(wèi)星的位置，所述GNSS原始觀測數(shù)據(jù)包括測量日反演區(qū)域內(nèi)GNSS導(dǎo)航衛(wèi)星的經(jīng)緯高位置、地基接收站的經(jīng)緯高位置、時間、偽距、載波相位。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層析法，其特征在于，所述有效觀測射線的TEC實際值通過載波相位和偽距計算得到，將有效觀效觀測射線編號，進(jìn)而得到有效觀測射線數(shù)據(jù)庫。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層析法，其特征在于，所述步驟2-1中，對反演區(qū)域進(jìn)行立體網(wǎng)格劃分的度、緯度、高度方向上分別劃分為d,f,r個立體網(wǎng)格，即整個反演區(qū)域被劃分為d×f×r個立體網(wǎng)格，再按照先沿經(jīng)度，再沿緯度，最后沿高度的順序?qū)αⅢw網(wǎng)格由小到大依次進(jìn)行編5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層析36.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層析將反演區(qū)域內(nèi)位于相同高度的所有立體網(wǎng)格視為同一立體網(wǎng)格層，統(tǒng)計每個立體網(wǎng)格層的所有立體網(wǎng)格被有效觀測射線穿過的次數(shù)，將有效觀測射線穿過次數(shù)較高的前50%的7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層析首先，求得有效觀測射線與每個立體網(wǎng)格的交點坐標(biāo)后，篩選出有兩個交點的立體網(wǎng)格，兩個交點表示為P1(X?,Y?,Z?)和P2(X?,Y?,Z?),根據(jù)兩點間距離公式計算出射線在8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層析<γ<1,用來控制收斂的速度。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層析正后的電子密度值。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層值替換為Swarm衛(wèi)星測量的高精度電子密度實測值，若同一立體網(wǎng)格被多顆Swarm衛(wèi)星穿411.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層首先，通過對低分辨率立體網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)分將原先混然后，將位于相同經(jīng)緯位置連續(xù)高度的立體網(wǎng)格劃分為同有立體網(wǎng)格對應(yīng)的電子密度反演值和立體網(wǎng)格中心高度值作為式中，為編號j的低分辨率立體網(wǎng)格細(xì)分成的第m個子立體網(wǎng)格的電子密度，由13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層5式中，9為鄰域立體網(wǎng)格的總個數(shù)，Pi為鄰域立體網(wǎng)格中第個立體網(wǎng)格穿過觀測射線的數(shù)量，ti為鄰域立體網(wǎng)格中第i個立體網(wǎng)格的權(quán)重因子，為修正第j個立體網(wǎng)格時其6技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及導(dǎo)航衛(wèi)星遙感反演領(lǐng)域，具體是一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的背景技術(shù)[0002]電離層，是地球大氣層中距離地表約60千米至2000千米的高空區(qū)域，由大氣分子在太陽輻射和宇宙射線作用下發(fā)生電離而形成，主要包含自由電子、正離子和負(fù)離子，具有顯著的時空變化特征。電離層不僅是地球空間環(huán)境的重要組成部分，也是無線電信號傳播的關(guān)鍵介質(zhì)，其電子密度分布直接影響衛(wèi)星導(dǎo)航信號的傳播路徑和精度，同時對短波通信、雷達(dá)探測等技術(shù)系統(tǒng)的性能具有決定性作用。因此，研究并構(gòu)建高精度電離層延遲修正模型，可以顯著降低衛(wèi)星導(dǎo)航定位誤差，以及優(yōu)化無線電通信鏈路設(shè)計，減少信號傳播中斷風(fēng)險，是當(dāng)前電離層層析亟需解決的重要問題。[0003]當(dāng)前，電離層層析方法主要有三類。第一類方法是利用地面探測儀的層析方法，通過電離層測高儀或斜側(cè)儀發(fā)射電磁波并接收電離層反射信號來獲取電子密度等參數(shù)，盡管可獲得較高的精度，但水平分辨率不足，無法滿足大范圍測量。第二類方法是無線電掩星的層析方法，當(dāng)發(fā)生掩星事件時，GPS衛(wèi)星向LEO衛(wèi)星發(fā)射的信號經(jīng)過折射后被接收，通過分析接收信號的相位時延等信息，可以獲取電離層參數(shù)，其優(yōu)勢在于全球覆蓋且垂直分辨率高，但掩星事件的空間分布受衛(wèi)星軌道限制，單次探測僅覆蓋特定路徑，空間連續(xù)性較差。第三類是基于GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行電離層層析，該方法利用GNSS衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)提取電離層的TEC(TotalElectronContent),從而實時獲取大范圍的電離層電子密度。然而，現(xiàn)有方法沒有考慮有效觀測射線在反演區(qū)域中的非均勻分布，往往采用統(tǒng)一的格網(wǎng)分辨率，導(dǎo)致個別格網(wǎng)穿過有效觀測射線過量或不足，降低層析精度。同時，現(xiàn)有方法沒有考慮有更多射線穿過的格網(wǎng)相對于更少甚至無射線穿過的格網(wǎng)具有更高的可信度和可依賴性，而采用統(tǒng)一權(quán)重的均值平滑水平約束，導(dǎo)致層析精度降低。此外，現(xiàn)有方法往往僅采用單一的GNSS數(shù)據(jù)源，忽略了地面測站數(shù)量有限且分布不均勻帶來的觀測信息不足的影響，導(dǎo)致反演出現(xiàn)不適定、結(jié)果精度不高的問題。發(fā)明內(nèi)容[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層析法，該方法能夠有效克服因忽略不同區(qū)域格網(wǎng)分辨率選取、水平約束權(quán)值分配、單一數(shù)據(jù)源信息缺乏等影響而導(dǎo)致的反演精度低、初值依賴嚴(yán)重等問題。通過分層自適應(yīng)調(diào)整格網(wǎng)分辨率，提升電離層反演的穩(wěn)定性和可靠性。通過國際參考模型(InternationalReferenceIonosphere,IRI)作為迭代的初值，提高反演的收斂速度和精確度。采用乘法代數(shù)重構(gòu)法(MultiplicativeAlgebraicReconstructionTechnique,MART)對格網(wǎng)電子密度值進(jìn)行修正，解決了反演過程中出現(xiàn)的秩虧問題。通過Swarm衛(wèi)星攜7帶的電子密度探測器，精確修正運(yùn)動路徑的電子密度，減少了重建電離層的誤差。采用每一層格網(wǎng)采用非等權(quán)水平約束，有效克服對初值依賴的問題，提升重建電離層的平滑性。[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具體采用的技術(shù)方案如下：[0006]一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層析法，包括如下步驟：[0007]第一步：建立有效觀測射線數(shù)據(jù)庫。利用大地測量型接收機(jī)采集測量日的GNSS原始觀測數(shù)據(jù)。從精密星歷文件中提取測量日反演區(qū)域內(nèi)GNSS導(dǎo)航衛(wèi)星的位置，從觀測文件中提取反演區(qū)域內(nèi)地基接收站的位置、時間、偽距、載波相位等原始觀測值。并通過偽距和載波相位計算出相應(yīng)歷元時刻的衛(wèi)星-接收站連線的高精度電離層TEC值，作為后續(xù)解算中離層TEC值按照時間順序分測站分衛(wèi)星排列，建立有效觀測射線數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫以文本的形式存儲在本地電腦中。三維進(jìn)行低分辨率格網(wǎng)化處理，得到若干個三維的立體網(wǎng)格，并假設(shè)每個三維立體網(wǎng)格內(nèi)的電子密度短時間內(nèi)均為常量，其中經(jīng)緯度單位劃分為度、高度劃分為千米。其次，計算反演區(qū)域內(nèi)有效觀測射線(即第一步建立好的有效觀測射線數(shù)據(jù)庫)與層析模型格網(wǎng)空間內(nèi)各個立體網(wǎng)格的截距值。由于單個立體網(wǎng)格中有效觀測射線過量或為零都會直接影響該立體網(wǎng)格后續(xù)被觀測射線迭代更新的情況，所以對立體網(wǎng)格空間進(jìn)行分層自適應(yīng)調(diào)整分辨率，將相同高度的立體網(wǎng)格劃分為同一立體網(wǎng)格層，對于穿過有效觀測射線數(shù)量少的立體網(wǎng)格層仍然保留原先的低分辨率，穿過射線數(shù)量更多的立體網(wǎng)格層則改為更高分辨率，并重新計算有效觀測射線在該層立體網(wǎng)格內(nèi)的截距值。然后，根據(jù)立體網(wǎng)格的劃分順序進(jìn)行編碼，并利用立體網(wǎng)格內(nèi)有效觀測射線的截距長度，構(gòu)造觀測射線系數(shù)矩陣。最后，根據(jù)反演區(qū)域、反演時間和立體網(wǎng)格尺度，從IRI經(jīng)驗?zāi)Ｐ椭刑崛y量日的電離層電子密度，作為電離層層析的初始估計。[0009]第三步：迭代算法完成反演區(qū)域電子密度的重構(gòu)。迭代算法采用基于最大熵原理的乘法代數(shù)重構(gòu)法，通過有效觀測射線穿過各個立體網(wǎng)格的截距值(即第二步建立的觀測射線系數(shù)矩陣)和各個立體網(wǎng)格的電子密度初值(第二步中求出)可得出該觀測射線傳播路徑上的電離層TEC預(yù)測值，將其與基于GNSS觀測數(shù)據(jù)提取的電離層TEC實測值(第一步中求出)進(jìn)行相除，將比值通過一定的比例分配到該觀測射線所穿過立體網(wǎng)格的電子密度值中，將反演區(qū)域內(nèi)全部有效觀測射線穿過的立體網(wǎng)格均更新一次稱為一輪迭代，以此類推，對反演區(qū)域立體網(wǎng)格空間的電子密度進(jìn)行多輪迭代更新，逐步改善反演區(qū)域電離層的初始估計，直至達(dá)到收斂條件迭代終止，得到反演區(qū)域重構(gòu)后的電子密度值。[0010]第四步：基于Swarm衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)的反演區(qū)域電子密度修正。利用Swarm衛(wèi)星接收機(jī)獲取測量日的原始觀測數(shù)據(jù)，主要包括Swarm的A,B,C三顆衛(wèi)星的運(yùn)動時間、運(yùn)動位置和其攜帶的朗繆爾探針測量的原位電子密度值。根據(jù)上述信息分析A,B,C三顆Swarm衛(wèi)星的運(yùn)動軌跡，篩選出在反演區(qū)域立體網(wǎng)格空間內(nèi)的運(yùn)行路徑，將其路徑穿過的立體網(wǎng)格電子密度修正為該時刻朗繆爾探針實測的高精度電子密度，替代了原本基于GNSS觀測數(shù)據(jù)的反演值(第三步中求出),通過Swarm/GNSS多源數(shù)據(jù)融合改善了單一數(shù)據(jù)源觀測信息不足導(dǎo)致的估算偏差問題，有效提高重建電離層的精確度和可靠性。8[0011]第五步：反演結(jié)果附加垂直及水平約束。針對觀測噪聲的影響，體網(wǎng)格空間采用Chapman函數(shù)垂直約束。將位于同一經(jīng)緯位置連續(xù)高度的立體網(wǎng)格劃分為格網(wǎng)束，用最小二乘法擬合各格網(wǎng)束中立體網(wǎng)格電子密度與高度的Chapman函數(shù)關(guān)系式，并在擬合過程中調(diào)整Chapman函數(shù)參數(shù)使生成的Chapman函數(shù)式與Swarm衛(wèi)星實測電子密度值(第四步中求出)更貼合，提升擬合的準(zhǔn)確性。各格網(wǎng)束再基于其擬合的Chapman函數(shù)重構(gòu)其垂直方向的電子密度，實現(xiàn)垂直方向上的精確約束。針對反演結(jié)果初值依賴的問題，采用考慮有效觀測射線分布情況的非等權(quán)水平約束。利用鄰域范圍內(nèi)立體網(wǎng)格的電子密度值對中心立體網(wǎng)格的電子密度值進(jìn)行約束改正，由此控制中心立體網(wǎng)格與相鄰立體網(wǎng)格的電子密度差值。同時，由于有更多觀測射線穿過的立體網(wǎng)格相對于更少甚至無射線穿過的立體網(wǎng)格具有更高的可信度和可依賴性，所以根據(jù)鄰域立體網(wǎng)格穿過有效觀測射線的數(shù)量來劃分對中心立體網(wǎng)格的約束權(quán)值。按上述方法對反演區(qū)域內(nèi)各立體網(wǎng)格進(jìn)行水平約束，將處理后的電子密度值作為最終的電離層層析結(jié)果。[0012]經(jīng)過上述電離層層析算法處理，可有效解決現(xiàn)有方法因忽略不同區(qū)域立體網(wǎng)格分辨率選取、水平約束權(quán)值分配、單一數(shù)據(jù)源信息缺乏等影響而導(dǎo)致的反演精度低、初值依賴嚴(yán)重等問題，有效提高電離層層析的實時性、精確性和穩(wěn)定性，為電離層的重構(gòu)提供保障。[0013]研究顧及不同區(qū)域立體網(wǎng)格分辨率的選取、水平約束的權(quán)重分配、單一數(shù)據(jù)源觀測信息的不足對電離層層析精度的影響，有效解決電離層層析的結(jié)果精度低、反演對初值依賴嚴(yán)重等問題，不僅可以滿足電離層層析時間和空間分辨率要求，同時也可以滿足層析的精確度、實時性和穩(wěn)定性等要求，為電離層層析提供強(qiáng)有力的支撐。[0014]本發(fā)明具有以下的特點和有益效果：[0015]采用本發(fā)明所述方法，可利用現(xiàn)有Swarm衛(wèi)星/GNSS導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星對電離層進(jìn)行層析，與現(xiàn)有基于地面探測儀以及無線電掩星的層析方法相比，既可以解決水平分辨率不足，無法滿足大范圍測量等問題，又可以解決受衛(wèi)星軌道限制，空間連續(xù)性較差等問題。與現(xiàn)有基于GNSS導(dǎo)航衛(wèi)星的層析方法相比，既可以解決不同區(qū)域立體網(wǎng)格分辨率選取對迭代反演精確度影響等問題，又可以解決水平約束時忽略立體網(wǎng)格可信度、單一數(shù)據(jù)源信息缺乏而導(dǎo)致的反演精度低、初值依賴嚴(yán)重等問題。通過分層自適應(yīng)調(diào)整立體網(wǎng)格分辨率，使有效觀測射線在立體網(wǎng)格中均勻分布，保證各個立體網(wǎng)格得到充分的迭代修正，提升電離層反演的穩(wěn)定性和可靠性。通過IRI模型作為迭代的初值，提高反演的收斂速度和準(zhǔn)確性。采用乘法代數(shù)重構(gòu)法對立體網(wǎng)格電子密度值進(jìn)行修正，改善了反演過程中出現(xiàn)的秩虧問題。通過Swarm衛(wèi)星攜帶的朗繆爾電子密度探針，精確修正了反演區(qū)域內(nèi)其經(jīng)過立體網(wǎng)格的電子密度，提升了重建電離層的精確度。采用Chapman函數(shù)垂直約束，削弱觀測噪聲的影響并提高重建電離層的垂直精度。對每一層立體網(wǎng)格采用非等權(quán)水平約束，通過立體網(wǎng)格穿過有效觀測射線的數(shù)量確定其權(quán)值，使更有可信度的立體網(wǎng)格被賦予更高權(quán)值，克服了未被觀測射線穿過并更新的立體網(wǎng)格產(chǎn)生的負(fù)面約束和反演的初值依賴問題，進(jìn)一步保證電離層層附圖說明[0016]圖1基于GNSS觀測數(shù)據(jù)的有效觀測射線數(shù)據(jù)庫建立流程圖[0017]圖2基于分層自適應(yīng)立體網(wǎng)格的觀測射線系數(shù)矩陣建立流程圖9[0018]圖3基于乘法代數(shù)重構(gòu)法的電子密度迭代反演流程圖[0019]圖4基于Swarm衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)的電子密度修正流程圖[0020]圖5基于Chapman函數(shù)垂直約束與非等權(quán)水平約束的反演結(jié)果優(yōu)化流程圖。具體實施方式[0021]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。[0022]一種基于混合格網(wǎng)和加權(quán)水平約束的Swarm/GNSS電離層層析法，包括如下步驟：[0023]步驟1:提取GNSS導(dǎo)航衛(wèi)星的原始觀測數(shù)據(jù)，建立有效觀測射線數(shù)據(jù)庫。[0024]具體的，如圖1所示，提取的原始觀測數(shù)據(jù)主要包括測量日反演區(qū)域內(nèi)GNSS導(dǎo)航衛(wèi)導(dǎo)航衛(wèi)星的位置可以從精密星歷文件中直接提取，反演區(qū)域內(nèi)地基接收站的位置、時間、偽距和載波相位可以從觀測文件中直接提取。地基接收站和GNSS導(dǎo)航衛(wèi)星的連線稱為有效觀測射線，對應(yīng)歷元時刻有效觀測射線的高精度電離層TEC可以通過載波相位和偽距計算得到。該過程屬于定位領(lǐng)域常識，這里不再詳細(xì)列舉計算過程。分時間分測站分衛(wèi)星分別計算其有效觀測射線的高精度電離層TEC實際值，按照時間順序排列每條有效觀測射線的數(shù)據(jù)并按排列順序?qū)τ行в^測射線進(jìn)行編號，所述有效觀測射線的數(shù)據(jù)包括該條有效觀測射線對應(yīng)接收站的位置和名稱、對應(yīng)衛(wèi)星的位置和衛(wèi)星號，以及電離層TEC實際值，建立數(shù)據(jù)庫，以文本的形式存儲在本地電腦中。這里提取的高精度電離層TEC值稱為電離層TEC實測值，為方便后續(xù)陳述，在后續(xù)步驟中用TECR表示。地基接收站的經(jīng)度、緯度、高度分別表示為[0025]步驟2:對反演區(qū)域進(jìn)行格網(wǎng)劃分并建立觀測射線系數(shù)矩陣。傳統(tǒng)方法采用統(tǒng)一的立體網(wǎng)格分辨率，沒有考慮個別立體網(wǎng)格穿過有效觀測射線數(shù)量超過最佳反演量或為零，導(dǎo)致層析精度降低。因此，這里采用考慮有效觀測射線分布情況的分層自適應(yīng)立體網(wǎng)格分[0026]首先，將反演區(qū)域劃分為低分辨率的立體立體網(wǎng)格，通過低分辨率減少了穿過觀測射線數(shù)量為零的立體網(wǎng)格，改善立體網(wǎng)格未能被射線更新導(dǎo)致的初值依賴問題。將反演區(qū)域在經(jīng)度、緯度、高度方向上分別劃分為d,f,r個低分辨率的立體網(wǎng)格，其中低分辨率的立體網(wǎng)格具體指的是：經(jīng)度跨度2度、緯度跨度2度、高度跨度50千米的立體網(wǎng)格；即整個反演區(qū)域被劃分為d×f×r個立體網(wǎng)格，其中經(jīng)緯度單位劃分為度、高度單位劃分為千米。再按照先沿經(jīng)度，再沿緯度，最后沿高度的順序?qū)αⅢw網(wǎng)格由小到大依次進(jìn)行編號，每個立體網(wǎng)格的位置由其中心的經(jīng)度Xg、緯度Yg、高度Zg表[0027]其次，求解觀測射線系數(shù)矩陣，即求出每條射線在立體網(wǎng)格內(nèi)的截距值并存放在與立體網(wǎng)格位置對應(yīng)的矩陣中，在求解過程中，為了提高層析模型的反演精度，把地球作為理想條件下規(guī)則的橢球體，在地球橢球坐標(biāo)系中進(jìn)行解算，其中該橢球體的長半軸a=[0028]1)計算有效觀測射線的直線方程。在地球橢球坐標(biāo)系中，根據(jù)地基接收站的空間坐標(biāo)(Xt,Yt,Zt)(步驟1中求出),和GNSS導(dǎo)航衛(wèi)星的空間坐標(biāo)(Xs,Ys,Zs)(步驟1中求[0031]2)解算有效觀測射線與每個立體網(wǎng)格的交點坐標(biāo)。每個立體網(wǎng)格均由六個面構(gòu)[0032]經(jīng)度面與緯度面垂直且均穿過上述地球橢球坐標(biāo)系的Z軸，確定地球橢球坐標(biāo)系[0042]3)計算有效觀測射線截距值。求得有效觀測射線與每個立體網(wǎng)格的交點坐標(biāo)后，篩選出有兩個交點的立體網(wǎng)格，兩個交點表示為P1(X?,Y?,Z?)和P2(X?,Y?,Z?),根據(jù)兩點間距離公式計算出射線在該立體網(wǎng)格內(nèi)的截過率。將每一立體網(wǎng)格層的射線穿過率從大到小進(jìn)行排序，位于前50%的立體網(wǎng)格層則為網(wǎng)格層內(nèi)的立體網(wǎng)格，將反演區(qū)域內(nèi)位于相同高度的所有立體網(wǎng)格視為同一立體網(wǎng)格層，數(shù)較高的前50%的立體網(wǎng)格層進(jìn)行立體網(wǎng)格再劃分，即將該立體網(wǎng)格層的每個立體網(wǎng)格的測射線在立體網(wǎng)格內(nèi)的截距值(步驟2中求出)與上一次迭代計算的電子密度值相乘即可得離層TEC實測值(步驟1中求出),ai為觀測射線系數(shù)矩陣(步驟2中求出)的第i個行向量，對應(yīng)為第i條觀測射線在第j個立體網(wǎng)格內(nèi)的截距，γ是迭代的松弛因子，0<γ<1,用來控制收斂的速度，本案例中γ=0.2。當(dāng)每條觀測射相應(yīng)時刻衛(wèi)星位置的高精度電子密度值。通過Swarm衛(wèi)星的高精度測量值對反演后立體網(wǎng)[0055]2)篩選出Swarm衛(wèi)星在反演區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動路徑。將運(yùn)動路徑數(shù)據(jù)庫中Swarm衛(wèi)星的位置(Xw,Yw,Zw)和反演區(qū)域的經(jīng)緯高范圍進(jìn)行對比，將位于反演區(qū)域外的[0056]3)根據(jù)運(yùn)動路徑數(shù)據(jù)庫中Swarm衛(wèi)星的位置(Xw,Yw,Zw)得到其位于的立體網(wǎng)[0057]步驟6:對反演區(qū)域內(nèi)的立體網(wǎng)格空間附加Chapman函數(shù)垂直約束。由于受到觀測剖面特征的Chapman函數(shù)給立體網(wǎng)格空間的電子密度附加垂直約束，提升重建電離層的精[0058]1)統(tǒng)一立體網(wǎng)格分辨率。本案例電離層層析的立體網(wǎng)格空間為低分辨率和高分辨率立體網(wǎng)格的混合組合，由于Chapman函數(shù)垂直約束時需要用統(tǒng)一分辨率的立體網(wǎng)相同，即一個低分辨率立體網(wǎng)格細(xì)分后得到八個與原先電子密度相同的高分辨率立體網(wǎng)通過對