一种区域ASF预测方法、系统、介质、设备及终端

本发明属于asf时延修正，尤其涉及一种区域asf预测方法、系统、介质、设备及终端。

背景技术：

1、目前，陆基导航系统在无线通讯、导航定位、气象预测等领域有着广泛的应用，相比于星基导航系统具有信号传播稳定、不易受干扰等优点，可作为星基导航系统的重要备份。但是由于地波信号传播路径复杂、以及受气候、季节等难以预测的因素影响，导致传播时延计算精度较低。其中附加二次相位因子(asf)是影响精度的关键因素。克里金插值(kriging)是一种用于统计推断的数学技术，用于预测未知点的数值。除了应用于地理空间分析，克里金插值还可以用于数值模拟，多元函数估计和结构性化预测。目前诸多学者致力于asf时延修正的研究，故亟需设计一种新的区域asf预测方法，以提高计算精度。

2、我国在asf的研究方面，早在1988年就对大地电导率开展了研究，但由于当时的客观条件以及测量数据的机器所存在的局限性，仅仅能够粗略地将大地电导率地图绘制出。从2000年开始在国家自然科学基金会的牵头指引下，开展了使用gps技术对大地电导率进行检验研究，对长河二号以及罗兰c台的地波信号的时延和场强进行计算，进而反推出我国的大地电导率分布地图，并由此计算出数字化大地电导率分布图。

3、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：我国现如今对于asf具体数值的研究上主要采取的措施是建立asf数据库，利用实测数据与gps数据的对比，对asf的数据库进行建设，并且在局部区域对asf的数据进行修正，对于asf的最新研究结果是以millington方法为核心算法，利用编程软件，主要针对增强罗兰信号在单一和混合传播介质中场强和asf计算，在场强方面的预测值和实际值误差较小，而asf值和实际值的差别较大。罗兰c信号在实际陆地路径中传播的时延中的pf、sf可以通过理论公式计算能精确得到，而asf影响的因素复杂，其计算精度较低。因此，asf的计算精度决定了罗兰c信号传播时延的计算精度。由于地波信号传播路径复杂并受到难以预测因素影响，导致现有陆基导航系统传播时延计算精度较低。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种区域asf预测方法、系统、介质、设备及终端，尤其涉及一种基于普通克里金插值的区域asf预测方法、系统、介质、设备及终端。

2、本发明是这样实现的，一种区域asf预测方法，区域asf预测方法包括：划分实验区域，设置asf数据采样点并将实验区域划分栅格点；在试验区域内选取有限测量点实测asf值，通过克里金插值法对试验区域内的asf值进行预测；确定克里金插值评价指标，并使用交叉验证法对预测结果进行验证评估。

3、s101，在选定区域选择合适采样点进行陆基导航系统asf时延值数据采集，每个测量点测量时间不少于10min，对数据进行筛选及平滑处理；

4、s102，对计算样本点创建依赖于自相关模型的统计相关性值的变异函数，采用指定模型进行变异函数拟合，由已知信息建立克里金插值方程，对采样点区域利用克里金插值法构建修正库；

5、s103，求解待估点asf预测值，并通过交叉验证方法评估插值效果。

6、进一步，区域asf预测方法包括以下步骤：

7、步骤一，设置采样点并进行陆基导航系统asf时延值数据采集；

8、步骤二，对采样点区域利用克里金插值法构建修正库并预测asf值；

9、步骤三，采用球型模型进行克里金插值，并通过交叉验证评估插值效果。

10、进一步，步骤二中，设置采样点后，对实验区域采用克里金插值算法构建asf修正库。在利用克里金插值法进行陆基导航系统asf值预测时，创建依赖于自相关模型的统计相关性值的变异函数，再预测未知值。

11、根据以下公式计算变异函数：

12、γ(h)＝0.5×var[z(xi)-z(xi+h)]；

13、

14、式中，γ(h)为半方差，var为方差，z(xi)、z(xi+h)分别为区域化变量z(x)点xi与xi+h处的实测值，n(h)是距离为h点对的数量。

15、进一步，自相关模型为拟合模型，统计相关性为空间自相关。半变异函数建模函数包括线性函数、球面函数、指数函数和高斯函数。选择半变异函数模型作为最佳半变异函数模型，选择球面函数作为最佳半变异函数模型进行插值。

16、进一步，步骤二中，利用半变异函数模型对试验区域进行克里金插值预测。将实验区域划分栅格点，根据待估栅格点的坐标信息和拟合的变差函数求得栅格点预测的实验变差函数；将实验变差函数代入克里金插值方程组，求得权重系数，对权重系数进行加权平均求得待估栅格点的asf预测值；重复求解步骤，直到所有栅格点均求解完毕，实现实验区域asf修正库的构建。

17、进一步，步骤三中的交叉验证评估包括：

18、采用球型模型进行克里金插值，通过交叉验证评估各自的插值效果；利用交叉验证移除已知采样点，并利用剩下的采样点克里金插值计算删除采样点的值得到采样点的预测值，最后得到各个采样点的真实值与估计值进行误差分析；如果半变异函数合理，则插值预测的效果越接近真实值，预测误差越小。

19、克里金插值评价指标包括均方根误差rmse、平均误差me、平均标准化误差mse、均方根标准化误差rmsse以及平均标准误差ase，则：

20、

21、

22、

23、

24、

25、式中，zi为实测值，为预测值，σi为预测值的标准差，n为使用的样本数。

26、当me和mse的值接近于0时，asf预测相对准确；ase值接近于rmse值，如果rmse>ase，则asf预测的可变性被低估；如果rmse<ase，则asf预测的可变性被高估。而rmsse值接近于1，如果rmsse>1，则asf预测的可变性被低估；如果rmsse<1，则asf预测的可变性被高估。

27、本发明的另一目的在于提供一种应用所述的区域asf预测方法的区域asf预测系统，区域asf预测系统包括：

28、区域划分模块，用于设置asf数据采样点并将实验区域划分栅格点；

29、数据采集模块，用于进行实验区域陆基导航系统asf时延值数据采集；

30、asf预测模块，用于利用克里金插值法构建asf修正库并预测asf值；

31、交叉验证模块，用于通过交叉验证法对asf预测结果进行验证评估。

32、本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的区域asf预测方法的步骤。

33、本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的区域asf预测方法的步骤。

34、本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现所述的区域asf预测系统。

35、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

36、第一，增强罗兰(eloran)系统作为gnss有效备份具有信号功率高、抗干扰能力强、地面系统维护方便等特点，其定位精度受asf影响明显，对asf进行补偿后，能够有效提高其定位服务能力。本发明对试验区域选取有限测量点实测asf值，通过普通克里金(kriging)插值方法，对整个试验区域内asf值进行了预测，并使用交叉验证来验证预测结果。验证结果表明，本发明通过使用kriging插值算法能够对asf值进行精确预测，证明该算法在特定区域内预测asf值方面具有准确性和有效性，且交叉验证表明误差在可接受范围内，从而避免了复杂环境下理论计算精度低的问题，采用本方法只需要拟定区域内少数测量的asf值即可构建asf修正地图，解决了复杂路径理论计算不准确，大面积测量又耗费时间和精力的问题，为有效的提高陆基导航系统的精度提供理论支撑。

37、本发明讨论了使用kriging插值算法预测区域内asf值的被证明是可行的，尽管需要考虑因区域而异的观测数据。此外，交叉验证表明该方法预测的asf时延值精度可靠，因此采用本方法只需要拟定区域内少数测量的asf值即可构建asf修正库，解决了复杂路径理论计算不准确，大面积测量又耗费时间和精力的问题，有效的提高了陆基导航系统的精度。本发明利用kriging插值算法在提供准确的结果方面具有高效率以及更好的评估和验证能力。此外，本发明还通过对实测数据预测与验证表明kriging插值算法能够有效预测特定区域内的asf值，并允许研究者收集大量的测量数据并在短时间内获得可靠的结果。

38、第二，本发明在现有理论分析的基础之上，采用克里金插值对传播区域asf时延值实施预测，并通过提高附近采样点的影响权重改善预测精度。本发明的区域asf预测方法只需要实测一定数量的asf值，根据这些实测的asf值即可快速预测出该范围内未知点的时延值，交叉验证表明误差在可接受范围内，从而避免了复杂环境下理论计算精度低的问题，提高了低频地波授时导航的精度。

39、第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

40、(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

41、本发明基于普通克里金插值方法通过技术方案转化后，与普通插值方法和利用数学公式推导出计算方法相比，可以快速预测出实测值附近区域asf数值，且误差在可接受范围内。

42、(2)本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：

43、目前，国内外准确的asf数值是通过实地测量得到的，本发明提供了一种区域asf预测方法，填补了国内外区域预测asf值建设的空白。