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一种片上电离层TEC准实时卡尔曼滤波算法

李婧华 马冠一 万庆涛 范江涛

李婧华, 马冠一, 万庆涛, 范江涛. 一种片上电离层TEC准实时卡尔曼滤波算法[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0108
引用本文: 李婧华, 马冠一, 万庆涛, 范江涛. 一种片上电离层TEC准实时卡尔曼滤波算法[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0108
LI Jinghua, MA Guanyi, WAN Qingtao, FAN Jiangtao. A Quasi-real-time On-chip Ionospheric TEC Kalman Filtering Algorithm (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2025, 45(5): 1-7 doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0108
Citation: LI Jinghua, MA Guanyi, WAN Qingtao, FAN Jiangtao. A Quasi-real-time On-chip Ionospheric TEC Kalman Filtering Algorithm (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2025, 45(5): 1-7 doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0108

一种片上电离层TEC准实时卡尔曼滤波算法

doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0108 cstr: 32142.14.cjss.2024-0108
详细信息
    通讯作者:
    • 李婧华 1983年出生于河南, 现为中国科学院国家天文台应用天文学部高级工程师, 硕士生导师, 主要从事卫星导航与通信、电离层物理、电离层对卫星导航的影响等相关研究工作. E-mail: jhli@bao.ac.cn
  • 中图分类号: P352

A Quasi-real-time On-chip Ionospheric TEC Kalman Filtering Algorithm

  • 摘要: 提出一种适用于片上的电离层总电子含量(Total Electron Content, TEC)准实时算法, 可降低电离层TEC监测设备的成本、体积、功耗和待传数据量, 并在ARM芯片上进行了验证. 为降低数据存储量和计算复杂度, 该算法收集和缓存20 min的GNSS双频伪距和相位观测值, 用载波相位平滑伪距的方法得到20 min内卫星至接收机视线路径上的斜向TEC (Slant TEC, STEC), 采用5 min的滑动步长进行下一组STEC的数据处理. 利用映射函数和多项式模型构建卡尔曼滤波的量测方程, 通过卡尔曼滤波迭代, 准实时给出测站上空的电离层垂直TEC(Vertical TEC, VTEC), 并与积累一天数据得到的STEC作为观测量进行卡尔曼滤波得到的VTEC进行了对比, 结果表明, 采用20 min的数据长度和5 min的步长对STEC进行准实时处理的方法是可行的.

     

  • 图  1  电离层薄层模型下卫星、接收机与星下点的关系

    Figure  1.  Satellite, receiver, and the IPP under ionospheric thin layer model

    图  2  数据预处理流程

    Figure  2.  Flow chart to obtain the slant TEC

    图  3  利用20 min的窗口长度和5 min滑动步长得到的STEC

    Figure  3.  STEC using the measurements in 20 min with 5 min step

    图  4  卡尔曼滤波算法实现流程

    Figure  4.  Flow chart of Kalman filter algorithm

    图  5  电离层监测仪得到的测站上空的TEC (a)和ΔTEC (b)

    Figure  5.  TEC (a) and the ΔTEC (b) above the monitor (40.00°N, 116.38°E)

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  • 网络出版日期:  2025-02-12

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