一种多源PWV数据融合方法技术

本发明专利技术公开了一种多源PWV数据融合方法，包括步骤：一、多源PWV数据的高程基准统一；二、GPT2w模型的PWV初值计算；三、获取高程基准统一的多源PWV数据；四、多项式PWV差值拟合；五、球谐函数模型PWV残差模拟；六、建立PWV混合模型。本发明专利技术引入GPT2w模型计算PWV初值，结合多项式PWV差值拟合和球谐函数模型PWV残差模拟，获取PWV混合模型，结合多项式PWV差值拟合和球谐函数模型PWV残差模拟过程中提出不同数据源的方程权重确定方法，并使用岭估计方法解决病态矩阵的最小二乘系数求解，建立的PWV混合模型，可得到任意位置以及高精度的事后PWV数据集。

A multi-source PWV data fusion method

【技术实现步骤摘要】
一种多源PWV数据融合方法
本专利技术属于数据融合
，具体涉及一种多源PWV数据融合方法。
技术介绍
传统获取水汽数据主要是利用水汽辐射计、无线电探空仪和卫星观测等。但是该类方法易受观测成本和环境条件等限制，而且时空分辨率较差。全球定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)反演大气可降水量(PrecipitableWaterVapor，PWV)后便因其低成本及高时空分辨率等优点使该方法得到了广泛应用。实验表明由全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)反演的PWV可达到与传统方法相同的精度。但上述基于站点的测量手段由于稀疏且不均匀的分布以及观测的不连续性，很难得到准确的PWV趋势等重要信息。此外另一种水汽数据是基于大气环流模型将不同类型的观测数据同化的再分析数据集，具有记录均匀，全局覆盖和空间完整等优点。但是再分析数据在有限甚至没有观测数据同化的地区并不可靠。不同类型的水汽数据各有其优缺点，但是目前无论是模型联合还是数据融合同化的相关内容并不多。现急需建立好本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多源PWV数据融合方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤一、多源PWV数据的高程基准统一：获取多源PWV数据，所述多源PWV数据包括GNSSPWV数据、ECMWF再分析数据和探空水汽数据，所述GNSS PWV数据的高程基准为大地高，ECMWF再分析数据的高程基准为位势，探空水汽数据的高程基准为位势高；/n将ECMWF再分析数据的位势和探空水汽数据的位势高均统一到大地高；/n步骤二、GPT2w模型的PWV初值计算：根据公式

【技术特征摘要】
1.一种多源PWV数据融合方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、多源PWV数据的高程基准统一：获取多源PWV数据，所述多源PWV数据包括GNSSPWV数据、ECMWF再分析数据和探空水汽数据，所述GNSSPWV数据的高程基准为大地高，ECMWF再分析数据的高程基准为位势，探空水汽数据的高程基准为位势高；
将ECMWF再分析数据的位势和探空水汽数据的位势高均统一到大地高；
步骤二、GPT2w模型的PWV初值计算：根据公式计算GPT2w模型的天顶湿延迟ZWDGPT2w，其中，k3和k'2均为气体常数，k'2＝16.529K·mb-1，k3＝373900K2·mb-1，Tm为加权平均温度，λ为水汽递减因子，gm为当地的实际平均重力加速度，单位为m/s2，es为水汽压；
根据公式PWV0＝Π·ZWDGPT2w，计算GPT2w模型的PWV初值PWV0，其中，Π为转换因子且Rv为水汽气体常数且Rv＝461.495J·kg-1·K-1；
步骤三、获取高程基准统一的多源PWV数据：分别获取高程基准统一后的GNSSPWV数据、ECMWF再分析数据和探空水汽数据；
步骤四、多项式PWV差值拟合，过程如下：
步骤401、根据公式对GNSS数据中PWV值和GPT2w模型的PWV初值之间的差值方程探空水汽数据的PWV值和GPT2w模型的PWV初值之间的差值方程以及ECMWF再分析数据的PWV值和GPT2w模型的PWV初值之间的差值方程进行多项式差值拟合，其中，为纬度，φ为经度，h为高度，i表示GNSS数据源，j表示探空水汽数据源，q表示ECMWF再分析数据源，a0-a9表示多项式函数模型的拟合系数；
步骤402、初始化不同数据源的差值方程权重，令不同数据源的差值方程权重均为1；
步骤403、根据公式计算不同数据源差值方程的后验单位权方差其中，PMODEL,D为不同数据源的差值方程权重矩阵且MODEL＝i、j、q，VMODEL,D为不同数据源差值方程的后验误差矩阵，m为不同数据源的个数，PD为包含Pi,D、Pj,D和Pq,D的对角权阵，tr(·)为矩阵的秩函数；
步骤404、根据公式计算不同数据源差值方程的检验统计量其中，nMODEL为不同数据源的样本数，为各数据源差值方程的初始后验单位权方差均值且
步骤405、利用Bartlett检验判断不同数据源差值方程的检验统计量是否小于自由度为2时查找表检索的临界值当不同数据源差值方程的检验统计量小于自由度为2时查找表检索的临界值时，则不同数据源差值方程的后验单位权方差在统计学上相等，进而确定不同数据源的差值方程权重，然后执行步骤407；否则执行步骤406；
步骤406、根据公式更新不同数据源的差值方程权重，获取更新后的不同数据源的差值方程权重P'MODEL,D，并将更新后的不同数据源的差值方程权重P'MODEL,D视为新的不同数据源的差值方程权重矩阵PMODEL,D循环步骤403，其中，c为数据更新常数；
步骤407、根据公式估计多项式函数模型的拟合系数xD，其中，ηD为第一正则化参数，I为单位矩阵，
步骤五、球谐函数模型PWV残差模拟，过程如下：
步骤501、将步骤407获取的多项式函数模型的拟合系数xD代入步骤401，获取虚拟差值，再通过虚拟差值和真值差值之间的差值获取初始PWV残差然后对初始PWV残差进行高程面统一，获取PWV残差其中，κ和均为球谐函数的阶次且为勒让德函数且Θ为κ的最大阶次取值，Ω为的最大阶次取值，θ为中间变量，和均为球谐函数模型的拟合系数；
步骤502、根据公式对各数据源的样本的PWV残差方程进行球谐函数模型拟合，其中，nmodel为各数据源的样本总数且nmodel＝ni+nj+nq，ζ为样本编号且ζ＝1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵庆志，杜正，王悦，姚顽强，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61