用于GNSS数据处理的自适应对流层延迟改正方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于GNSS数据处理的自适应对流层延迟改正方法及系统，所述方法包括获取工程区域测站的同步观测数据，判断是否进行对流层延迟估计；若否，将同步观测数据作为第一数据处理结果；若是，则重复执行对流层延迟改正模型运算、参数估计、对流层映射函数改正及指标分析处理，对比后取较优结果的步骤，直至筛选出对流层延迟估计的最优结果作为第二数据处理结果；最后将第一数据处理结果与第二数据处理结果进行最优解分析，得到对流层延迟数据处理的最优结果。本发明专利技术提供的用于GNSS数据处理的自适应对流层延迟改正方法，采用不同对流层延迟改正模型、对流层映射函数及参数估计，通过自适应筛选获得数据处理的最优解，提高了处理结果的精度。

【技术实现步骤摘要】
用于GNSS数据处理的自适应对流层延迟改正方法及系统
本专利技术涉及卫星导航定位
，尤其涉及一种用于GNSS数据处理的自适应对流层延迟改正方法及系统。
技术介绍
对流层延迟作为全球卫星导航系统定位的主要误差源之一，目前常规的对流层延迟改正方法有模型改正法、参数估计法和外部修正法。模型改正法通过先构建模型，再利用相应的映射函数将其投影至信号传播路径方向上进行改正；但在面对水汽分布不均匀的情况下，在天顶方向及低高度角方向对模型的选择有较大影响，尤其在水汽输送交换频繁的沿海地区，采用不同的模型选择会导致数据处理结果存在差异。参数估计法以对流层延迟天顶延迟作为未知参数进行数据处理，但参数值的设置和试算筛选的计算过程繁琐、耗时长。外部修正法通过仪器设备测定并计算获得GNSS网各测站的天顶延迟改正量，该方法虽能有效提高数据处理精度，但对仪器设备和观测条件要求很高，导致外业测量成本高，在实际工程应用可行性低。现有技术中，在研究对流层延迟时往往从某一项影响因素进行研究，且只采用上述某一种方法进行误差修正。而实际上，由于不同区域的GNSS网均存在许多不同因素的差异，简单得直接引用任意一种对流层延迟改正策略均具有一定的局限性和不可复制性。同时，测量人员常在数据处理过程中因人工干预进行反复的试算，往往难以保证数据的最优解；或因某一个细节处理不当，进而影响数据处理结果的精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于GNSS数据处理的自适应对流层延迟改正方法及系统，综合考虑是否加入对流层延迟估计，或加入对流层延迟估计时，针对不同情况采用不同对流层延迟改正经验模型、对流层映射函数及对流层延迟参数估计的选择，进行各项精度指标的分析，通过自适应筛选获得数据处理的最优解，提高了处理结果的精度。为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术实施例提供了一种用于GNSS数据处理的自适应对流层延迟改正方法，包括：获取工程区域测站的同步观测数据，根据所述同步观测数据判断是否进行对流层延迟估计；若否，则将所述同步观测数据作为第一数据处理结果；若是，则重复执行以下步骤，直至筛选出对流层延迟估计的最优结果，以作为第二数据处理结果：将进行流层延迟估计后的结果输入至对流层延迟改正模型进行运算；所述模型包括霍普菲尔德模型、萨斯塔莫宁模型和勃兰克模型；通过分段线性法和最小二乘法对所述运算后的结果进行参数估计；将进行参数估计后的结果输入至对流层映射函数进行改正；所述对流层映射函数包括于GMF、NMF与VMF1函数；对进行改正后的结果依次进行标准化均方差值、基线重复性及各基线分量精度处理，筛选出标准化均方差值小于0.3的结果，对比所述数据的基线重复性和各基线分量精度，取较优结果；根据工程区域测站间的距离、高差、气候条件和观测环境因素，将第一数据处理结果与第二数据处理结果进行最优解分析，得到对流层延迟数据处理的最优结果。优选地，所述霍普菲尔德模型公式为：式中，ΔS、ΔSd、ΔSw均以m为单位，d和w分别为对流层干汽部分和湿气部分，气压P和水气压e均以毫巴(mbar)为单位，气温T以度为单位，均采用绝对温度，高度角E以度为单位；所述萨斯塔莫宁模型公式为：式中，ΔS以m为单位，高度角E以度为单位，气压P和水气压e均以毫巴(mbar)为单位，其中为测站的纬度；hs为测站高程(以km为单位)；B是hs的列表函数；δR是E和hs的列表函数；PS、TS、es为测站上的气象元素；经数值拟合后上述公式可表示为：所述勃兰克模型公式为：式中，高度角E以度为单位，Rs为测站到地心的距离，l0和b(E)为路径改正参数，dh和dw分别为天顶干、湿延迟。优选地，所述通过分段线性法和最小二乘法对所述运算后的结果进行参数估计，具体为：采用分段线性法进行参数估计，以对流层天顶延迟作为未知参数，用步长为KΔt的离散随机过程表示对流层延迟随时间的变化关系如下所示：并假定在历元I到I+K之间，测站天顶方向的对流层折射随时间线性变化关系如下所示：选择K使待解的测站天顶方向的对流层折射参数ρ(I)、ρ(I+K)个数少，再使用最小二乘的方法估计参数；根据所述对流层延迟随时间的变化关系和对流层折射随时间线性变化关系，按照N小时的时间间隔估计参数，其中，N为大于0的正整数。优选地，将进行参数估计后的结果输入至对流层映射函数进行改正；所述对流层映射函数包括于GMF、NMF与VMF1函数，包括：根据所述对流层延迟STD与测站的对流层天顶延迟ZTD的关系，选择对流层映射函数，所述关系符合公式：STD＝m×ZTD，其中，m为映射函数；所述NMF包括干分量投影函数md和湿分量投影函数mw；所述干分量投影函数md的表达式为：式中，E为高度角；aht＝2.53×10-5；bht＝5.49×10-3；cht＝1.14×10-3；H为正高，其中系数ad、bd、cd在测站纬度15°－75°之间时，可用下式内插后求得：式中，p表示要内插的系数ad、bd、cd；t为年积日；t0＝28为参考时刻的年积日；其中ad、bd、cd等系数在测站纬度小于15°时的计算公式为：ad、bd、cd等系数在测站纬度大于75°时的计算公式为：所述湿分量的投影函数mw的表达式为：式中，系数aw、bw、cw在测站纬度15°－75°之间时，用下式内插后求得：其中，在测站纬度小于15°时，取15°时的值pavg；在测站纬度大于75°时，取75°时的值pavg。优选地，所述VMF1的干、湿分量投影函数与所述NMF的干、湿分量投影函数的区别在于ad、bd、cd和aw、bw、cw的取值不同；所述VMF1的ad和aw系数由实测气象资料生成的格网图提供：经差为2.5°、纬差为2°、时间间隔为6h；bd为常数，取0.0029；cd则用下式计算：式中，bw和cw取常数，其中bw＝0.00146，cw＝0.04391，c0、c11、c10为常数；所述GMF的干、湿分量投影函数与所述VMF1的干、湿分量投影函数的区别在于，系数ad和aw表示为年积日DAY、测站的经纬度和高程H的函数，所述系数ad和aw的计算方式相同，其表达式为：式中，a0为平均值、A为振幅；均通过球谐函数表达式展开至9阶计算得到：优选地，所述标准化均方差值的公式为：式中，N为测站个数；Yi为第i日的基线边长；Y为单天解基线边长的加权平均值；为单位权中误差；所述基线重复性的公式为：式中，n为同一基线的总观测时段数；Ci为一个时段的基线某一分量或边长；为该时段i相应于Ci分量的方差；为各时段Cm的加权平均值。优选地，所述同步观测数据包括起算点或省市连续运行参考站数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于GNSS数据处理的自适应对流层延迟改正方法，其特征在于，包括：/n获取工程区域测站的同步观测数据，根据所述同步观测数据判断是否进行对流层延迟估计；/n若否，则将所述同步观测数据作为第一数据处理结果；/n若是，则重复执行以下步骤，直至筛选出对流层延迟估计的最优结果，以作为第二数据处理结果：/n将进行流层延迟估计后的结果输入至对流层延迟改正模型进行运算；所述模型包括霍普菲尔德模型、萨斯塔莫宁模型和勃兰克模型；/n通过分段线性法和最小二乘法对所述运算后的结果进行参数估计；/n将进行参数估计后的结果输入至对流层映射函数进行改正；所述对流层映射函数包括于GMF、NMF与VMF1函数；/n对进行改正后的结果依次进行标准化均方差值、基线重复性及各基线分量精度处理，筛选出标准化均方差值小于0.3的结果，对比所述数据的基线重复性和各基线分量精度，取较优结果；/n根据工程区域测站间的距离、高差、气候条件和观测环境因素，将第一数据处理结果与第二数据处理结果进行最优解分析，得到对流层延迟数据处理的最优结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于GNSS数据处理的自适应对流层延迟改正方法，其特征在于，包括：
获取工程区域测站的同步观测数据，根据所述同步观测数据判断是否进行对流层延迟估计；
若否，则将所述同步观测数据作为第一数据处理结果；
若是，则重复执行以下步骤，直至筛选出对流层延迟估计的最优结果，以作为第二数据处理结果：
将进行流层延迟估计后的结果输入至对流层延迟改正模型进行运算；所述模型包括霍普菲尔德模型、萨斯塔莫宁模型和勃兰克模型；
通过分段线性法和最小二乘法对所述运算后的结果进行参数估计；
将进行参数估计后的结果输入至对流层映射函数进行改正；所述对流层映射函数包括于GMF、NMF与VMF1函数；
对进行改正后的结果依次进行标准化均方差值、基线重复性及各基线分量精度处理，筛选出标准化均方差值小于0.3的结果，对比所述数据的基线重复性和各基线分量精度，取较优结果；
根据工程区域测站间的距离、高差、气候条件和观测环境因素，将第一数据处理结果与第二数据处理结果进行最优解分析，得到对流层延迟数据处理的最优结果。


2.根据权利要求1所述的用于GNSS数据处理的自适应对流层延迟改正方法，其特征在于，所述霍普菲尔德模型公式为：



式中，ΔS、ΔSd、ΔSw均以m为单位，d和w分别为对流层干汽部分和湿气部分，气压P和水气压e均以毫巴(mbar)为单位，气温T以度为单位，均采用绝对温度，高度角E以度为单位；
所述萨斯塔莫宁模型公式为：



式中，ΔS以m为单位，高度角E以度为单位，气压P和水气压e均以毫巴(mbar)为单位，其中为测站的纬度；hs为测站高程(以km为单位)；B是hs的列表函数；δR是E和hs的列表函数；PS、TS、es为测站上的气象元素；经数值拟合后上述公式可表示为：



所述勃兰克模型公式为：



式中，高度角E以度为单位，Rs为测站到地心的距离，l0和b(E)为路径改正参数，dh和dw分别为天顶干、湿延迟。


3.根据权利要求1所述的用于GNSS数据处理的自适应对流层延迟改正方法，其特征在于，所述通过分段线性法和最小二乘法对所述运算后的结果进行参数估计，具体为：
采用分段线性法进行参数估计，以对流层天顶延迟作为未知参数，用步长为KΔt的离散随机过程表示对流层延迟随时间的变化关系如下所示：



并假定在历元I到I+K之间，测站天顶方向的对流层折射随时间线性变化关系如下所示：



选择K使待解的测站天顶方向的对流层折射参数ρ(I)、ρ(I+K)个数少，再使用最小二乘的方法估计参数；
根据所述对流层延迟随时间的变化关系和对流层折射随时间线性变化关系，按照N小时的时间间隔估计参数，其中，N为大于0的正整数。


4.根据权利要求1所述的用于GNSS数据处理的自适应对流层延迟改正方法，其特征在于，将进行参数估计后的结果输入至对流层映射函数进行改正；所述对流层映射函数包括于GMF、NMF与VMF1函数，包括：
根据所述对流层延迟STD与测站的对流层天顶延迟ZTD的关系，选择对流层映射函数，所述关系符合公式：STD＝m×ZTD，其中，m为映射函数；
所述NMF包括干分量投影函数md和湿分量投影函数mw；所述干分量投影函数md的表达式为：



式中，E为高度角；aht＝2.53×10-5；bht＝5.49×10-3；cht＝1.14×10-3；H为正高，其中系数ad、bd、cd在测站纬度15°－75°之间时，可用下式内插后求得：



式中，p表示要内插的系数ad、bd、cd；t为年积日；t0＝28为参考时刻的年积日；
其中ad、bd、cd等系数在测站纬度小于15°时的计算公式为：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小丁，周建营，陈国恒，张惠军，朱紫阳，董斌斌，张文峰，华水胜，
申请(专利权)人：广东省国土资源测绘院，
类型：发明
国别省市：广东;44