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申请/专利权人：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)

摘要：一种利用GNSS观测数据估计电离层foF2的方法，包括如下步骤：步骤1，获取历史观测的太阳、地磁指数：步骤2，从历史观测的电离层垂测仪数据中提取电离层foF2：步骤3，从历史观测的GNSS数据中提取电离层垂直TEC：步骤4，机器学习获取太阳、地磁指数、电离层TEC与foF2的关联性：步骤5，获取当前时刻的太阳、地磁指数：步骤6，获取当前时刻GNSS观测的电离层垂直TEC：步骤7，电离层foF2估计。本发明方法可为地‑空无线电信息系统穿越电离层环境的链路设计和短波通信最优选频提供模型支撑。

主权项：1.一种利用GNSS观测数据估计电离层foF2的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，获取历史观测的太阳、地磁指数：步骤11，下载太阳F10.7、地磁Dst和Kp指数，数据时间跨度不小于11年；步骤12，从太阳、地磁数据中，提取观测时刻、Dst和Kp参量，同时计算F10.7P指数： 上式中，F10.7A表示F10.7的81天滑动均值；步骤13，识别F10.7P、Dst和Kp存在空缺的数值，采用线性插值算法，对空缺数值进行插值；步骤14，输出观测时刻、F10.7P、Dst和Kp到文本文件中；步骤2，从历史观测的电离层垂测仪数据中提取电离层foF2：步骤21，下载全球电离层无线电观测台电离层垂测仪自动判读数据，数据时间跨度不小于11年，台站数量不小于40个；步骤22，从电离层垂测仪数据中，提取测高仪坐标、观测时刻、自动判读置信分和电离层F2层临界频率foF2；步骤23，删除自动判读置信分低于75的垂测数据；步骤24，输出步骤23处理后的电离层垂测数据到文本文件中，所述的电离层垂测数据包括测高仪经度、纬度坐标、观测时刻和电离层foF2；步骤3，从历史观测的GNSS数据中提取电离层垂直TEC：步骤31，下载历史GNSS观测数据，数据时间跨度与步骤11一致；步骤32，筛选GNSS数据，要求GNSS台站位置与垂测仪坐标之间的大圆距离θgs小于1.5°，θgs的计算公式如下： 上式中，λg分别是GNSS接收机的纬度和经度；λs分别是垂测仪的纬度和经度；步骤33，利用GNSS数据提取每条接收机-GNSS卫星链路的STEC，然后计算穿刺点的垂直TEC，计算公式如下： 上式中：VTEC表示垂直TEC，Re表示地球半径，E表示接收机与GNSS卫星间的仰角，Hion表示穿刺点高度；步骤34，计算GNSS台站上空的垂直TEC，计算公式如下： 上式中：VTECeff表示GNSS台站上空的垂直TEC，λ1表示加权系数，M表示穿刺点个数，加权系数与穿刺点和台站位置的距离成反比；步骤35，输出观测时刻、台站位置和VTECeff，并存储到文本文件中；步骤4，机器学习获取太阳、地磁指数、电离层TEC与foF2的关联性：步骤41，选择年积日DOY、地方时LT、地理纬度地磁纬度地理经度λ、F10.7P指数、Kp指数和GNSS计算的VTECeff作为训练输入项；步骤42，由地理纬度地理经度λ计算地磁纬度 上式中，和分别表示北极磁极点的纬度和经度坐标；步骤43，对年积日DOY和地方时LT进行归一化处理，分别计算其正弦和余弦分量： 步骤44，将DOYs、DOYc、LTs、LTc、地理纬度地磁纬度地理经度λ、太阳F10.7P指数、地磁Kp指数、地磁Dst指数和GNSS计算的VTECeff作为机器学习的训练输入层，测高仪的foF2观测值为输出层；步骤45，随机选择70％的电离层foF2样本进行训练，15％的电离层foF2样本用于模型测试，15％的电离层foF2样本进行精度评估，利用支持向量机SVM算法进行学习，SVM模型的核函数设定为核尺度为的高斯核，其中q为输入变量的数量；采用序列最小最优法对机器学习网络进行训练；步骤46，利用测试样本对电离层foF2的估计效果进行评估，当损失函数误差达到收敛要求时停止训练；步骤47，将训练好的SVM网络存储到计算机中，用于电离层foF2计算；步骤5，获取当前时刻的太阳、地磁指数：步骤51，下载待估计观测时刻的太阳F10.7、地磁Dst和Kp指数；步骤52，从太阳、地磁数据中，提取观测时刻、Dst和Kp参量，按照步骤12计算F10.7P；步骤53，识别F10.7P、Dst和Kp，如果存在空缺的数值，采用前一时刻已知的F10.7P、Dst和Kp；步骤54，输出待估计观测时刻、F10.7P、Dst和Kp到文本文件中；步骤6，获取当前时刻GNSS观测的电离层垂直TEC：步骤61，获取待估计观测时刻的GNSS数据；步骤62，获取GNSS接收机的穿刺点垂直TEC，插值计算GNSS台站上空的垂直TEC，计算方法与步骤34相同；步骤63，将待估计观测时刻、GNSS接收机位置及VTECeff存储到文本文件中；步骤7，电离层foF2估计：步骤71，合并读取步骤54和步骤63的文本文件，获取待估计观测时刻、太阳F10.7P指数、地磁Dst和Kp以及GNSS接收机实测的VTECeff，作为输入量；步骤72，将输入量输入到步骤47的SVM网络中，估计得到对应时刻和位置的电离层foF2；步骤73，将观测时刻和估计出的电离层foF2输出并存储到指定文件内。

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