由HY-2卫星反演电离层垂直电离层总电子含量的方法

摘要

本发明涉及由HY-2卫星反演电离层垂直电离层总电子含量的方法，包括1）计算电离层距离改正值并剔除默认值与非负值；2）对提取的电离层距离改正值进行粗差探测；3）对粗差探测后数据进行平滑处理；4）依据平滑结果计算数值点对应的观测时间和经、纬度；5）计算电离层垂直电离层总电子含量值。有益效果为：1）、能够探测海洋区域上空电离层VTEC的分布状况，弥补海洋区域GNSS地面观测站的分布并不均匀。2）、将反演的VTEC在纬度方向按1度间隔分成若干纬度带，有利于数据的对比分析。3）、本方法原理简单，利于编写程序，操作性强，便于实际操作。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星应用研究领域，尤其涉及一种由HY-2卫星反演电离层垂直电离层总电子含量的方法。

背景技术

电离层是人类生存的近地空间环境的一部分，它能够保护地球上的生物免受太阳紫外辐射和宇宙高能粒子的直接作用，对穿过其中的无线电波会产生反射、散射、吸收和折射等效应，与人类活动息息相关。

利用现代科技手段进行电离层探测，认识和掌握电离层结构、时空分布特征及活动规律，对于保障无线电通信、广播电视、超视距雷达等系统的可靠性，提高导航、定位、测速和授时等系统的精度，保障航天活动安全、开发利用空间及维护人类的生存环境提供依据等诸多方面，都有着极其重要的价值；在军事上、经济上也同样具有重大意义。

海洋卫星是专用于观测海洋中各种现象和过程的一种地球观测卫星，它可以为海洋环境监测、资源开发和科学研究提供全球海洋动态信息，利用海洋卫星进行电离层探测能有效弥补海洋区域GNSS观测站缺乏的问题。相比欧美等国家，我国海洋卫星工程起步较晚。2011年8月16日，我国发射第一颗海洋动力环境卫星海洋二号（HY-2），其上搭载有雷达高度计等多种探测设备，可以用于电离层探测。

发明内容

本发明目的在于克服以上现有技术之不足，提供一种由HY-2卫星反演电离层垂直电离层总电子含量的方法，具体有以下技术方案实现：

由HY-2卫星反演电离层垂直电离层总电子含量的方法，其特征在于，包括

1）计算电离层距离改正值并剔除默认值与非负值；

2）对提取的电离层距离改正值进行粗差探测；

3）对粗差探测后数据进行平滑处理；

4）依据平滑结果计算数值点对应的观测时间和经、纬度；

5）根据公式（1）计算电离层垂直电离层总电子含量值。

                                    （1）

式中，表示垂直电离层总电子含量，单位：TECU；表示不同频率波段电离层距离改正，单位：mm；表示电磁波频率，单位：GHZ。

所述由HY-2卫星反演电离层垂直电离层总电子含量的方法的进一步设计在于，所述步骤1）中，提取Ku波段距离改正值，再进行剔除默认值与非负值操作。

所述由HY-2卫星反演电离层垂直电离层总电子含量的方法的进一步设计在于，所述步骤2）中，以为粗差探测的标准，进行粗差探测，其中为距离改正值的方差。

所述由HY-2卫星反演电离层垂直电离层总电子含量的方法的进一步设计在于，所述步骤3）中所述平滑处理采用时间间隔准则。

所述由HY-2卫星反演电离层垂直电离层总电子含量的方法的进一步设计在于，所述平滑处理中，根据时间间隔进行平滑。

所述由HY-2卫星反演电离层垂直电离层总电子含量的方法的进一步设计在于，所述时间间隔根据纬度带间隔设置，平滑时间间隔与纬度带间隔的关系为：

公式中，t表示平滑时间间隔，单位：秒；表示纬度带间隔，单位：度。

所述由HY-2卫星反演电离层垂直电离层总电子含量的方法的进一步设计在于，所述步骤4）中，所述观测时间、经度以及纬度可以通过取中值或求平均值的方法求得。

本发明的优点如下：

1）、能够探测海洋区域上空电离层VTEC的分布状况，弥补海洋区域GNSS地面观测站的分布并不均匀。

2）、将反演的VTEC在纬度方向按1度间隔分成若干纬度带，有利于数据的对比分析。

3）、本方法原理简单，利于编写程序，操作性强，便于实际操作。

附图说明

图1为所述由HY-2卫星反演电离层垂直电离层总电子含量的方法的流程图。

图2为所述由HY-2卫星反演的电离层垂直电离层总电子含量数据图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方案进行详细说明。

HY-2卫星，海洋动力环境卫星海洋二号即，其轨道为太阳同步轨道，轨道高度971km，倾角99.34度。卫星完整运行一条上升轨道或者一条下降轨道称为一个路径（Pass），不同的路径以数字进行命名。单号路径表示上升轨道，双号路径表示降轨道；每条路径用时大约52.2分钟，卫星绕地球运行一周包含2条路径。卫星重复访问同一地区的周期（Cycle）为14天，卫星雷达高度计数据按周期进行存放，周期同样以数字进行命名。每个周期又包含386条路径数据。

以下借助Pass15（Cycle42-45）数据的处理描述本发明的实施方式，具体工作流程如图1所示，阐述如下。

本实施例提供的由HY-2卫星反演电离层垂直电离层总电子含量的方法，包括：

1）提取Pass15（Cycle42-45）电离层距离改正值并剔除默认值与非负值。

2）对提取的电离层距离改正值进行粗差探测。

3）对粗差探测后数据进行平滑处理。

4）依据平滑结果计算数值点对应的观测时间和经、纬度。

5）根据公式（1）计算电离层垂直电离层总电子含量值。

                                    （1）

式中，表示垂直电离层总电子含量，单位：TECU；表示不同频率波段电离层距离改正，单位：mm；表示电磁波频率，单位：GHZ。

Y-2卫星雷达高度计采用13.58GHZ（Ku波段）和5.2GHZ（C波段）的双频工作模式，通过测量电磁波从天线到海面的传播时间来获取卫星到海面高度。由于Ku波段距离改正值相比C波段具有较高的精度，所以通常提取Ku波段距离改正值进行处理。

步骤2）中，电离层距离改正值剔除默认值与非负值后，依然有少量数据含有粗差，进行粗差探测可以尽量减少粗差对最终数据结果精度的影响。本例以（方差）为准则进行粗差探测，粗差探测的准则根据需要可以自主设定。

步骤3）中本例采用时间间隔准则进行数据平滑处理，根据卫星的运行速度，20秒的时间间隔，卫星在纬度方向大约运行1度，因此可以根据想要得到的纬度带间隔设置平滑的时间间隔。平滑时间间隔与纬度带间隔的关系为：

公式中，t表示平滑时间间隔，单位：秒；表示纬度带间隔，单位：度。

步骤4）中，观测时间、经度以及纬度可以通过取中值或求平均值的方法求得。本例采用求平均值的方法计算数值点对应的观测时间和经、纬度。

最后，保存反演结果，如图2所示。图2中，横坐标表示纬度，单位：度；纵坐标表示VTEC，单位：TECU。

本实施例提供的由HY-2卫星反演电离层垂直电离层总电子含量的方法，能够探测海洋区域上空电离层VTEC的分布状况，弥补海洋区域GNSS地面观测站的分布并不均匀；并且，将反演的VTEC在纬度方向按1度间隔分成若干纬度带，有利于数据的对比分析。另一方面，本方法原理简单，利于编写程序，操作性强，便于实际操作。