一种考虑高度角的单测站对流层斜延迟计算方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑高度角的单测站对流层斜延迟计算方法，步骤：借助长时间跟踪观测、长基线解算的方式，获取某测站的对流层斜延迟STD0；利用GPT3和VMF3组合模型计算对流层斜延迟估值STD

【技术实现步骤摘要】
一种考虑高度角的单测站对流层斜延迟计算方法


[0001]本专利技术属于全球导航系统领域，特别涉及了一种对流层斜延迟计算方法。

技术介绍

[0002]对流层斜延迟是GNSS定位误差来源之一。卫星导航定位中的对流层斜延迟通常是泛指电磁波信号在通过高度为50km以下的未被电离的中性大气层时所产生的信号延迟。这种延迟随对流层折射率而变，其折射率取决于当地的温度、压力和相对湿度。
[0003]在GNSS数据处理中，为了得到高精度的对流层斜延迟，需要对对流层延斜迟进行估计，目前估计对流层斜延迟的手段主要分为三大类：参数估计类、附加参数类和经验模型类；其中参数估计类将对流层斜延迟作为待定参数纳入平差方程进行结算，精度高，但要求至少两个测站静态观测，且距离较远，本方法中的对流层斜延迟真值，即通过此种方式获取；附加参数需要借助探空气球等气象手段，获取对流层实时状态，可推广能力较差；经验模型则根据历史已有的气象信息，建立起全球网格，实现对对流层斜延迟的估计，此种方法精度低，但是应用条件简单，是目前最常用的方式。
[0004]通过工程实际应用分析当前的对流层斜延迟计算方法，发现对流层斜延迟计算模型仍有改进空间，特别是在低高度角范围内。目前大部分GNSS接收机需要舍弃低高度角下的卫星观测数据，从而直接提高了GNSS定位对于卫星数量、位置的要求。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了一种考虑高度角的单测站对流层斜延迟计算方法，提高了对流层斜延迟的计算准确度，特别在低高度角的情况下提升效果明显。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：
[0007]一种考虑高度角的单测站对流层斜延迟计算方法，包括以下步骤：
[0008](1)借助长时间跟踪观测、长基线解算的方式，获取某测站的对流层斜延迟，记为STD0；
[0009](2)利用GPT3和VMF3组合模型计算对流层斜延迟估值，记为STD
v
；
[0010](3)将STD0与STD
v
作差，得到模型估计的残差值，分析残差值与高度角之间的关系，并确定出补偿函数形式；
[0011](4)将模型估计的残差值与高度角按照补偿函数形式组成超定方程组，并采用最小二乘计算得到函数各项系数，从而得出残差补偿模型并验证其精度。
[0012]进一步地，在步骤(2)中，首先利用GPT3模型计算出VMF3模型的投影函数参数a，再利用VMF3模型计算对流层斜延迟估计值，VMF3模型的投影函数如下：
[0013][0014]上式中，mf(ε)为VMF3模型的投影函数，a、b、c均为VMF3模型投影函数的参数，ε表示卫星高度角。
[0015]进一步地，在步骤(3)中，所述补偿函数形式如下：
[0016][0017]上式中，STD为补偿函数，a1、a2、b1、b2均为待定系数，ε表示卫星高度角，e表示自然常数。
[0018]采用上述技术方案带来的有益效果：
[0019]本专利技术通过改进现有模型，提高了对流层斜延迟的计算准确度，特别在低高度角的情况下提升效果明显。本专利技术的提出对于GNSS定位的精度提高和应用场景推广是十分有意义的。
附图说明
[0020]图1是本专利技术计算方法及应用的流程图；
[0021]图2是使用GPT3和VMF3组合模型计算测站1对流层斜延迟值的残差图；
[0022]图3是使用GPT3和VMF3组合模型计算测站2对流层斜延迟值的残差图；
[0023]图4是在GPT3和VMF3组合模型基础上加入本方法提出的补偿模型后计算出的测站1对流层斜延迟值的残差图；
[0024]图5是在GPT3和VMF3组合模型基础上加入本方法提出的补偿模型后计算出的测站2对流层斜延迟值的残差图。
具体实施方式
[0025]以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0026]GPT3和VMF3组合模型是现有最新的、精度最好的对流层斜延迟改正模型，其精度已被多次论证。得益于嫦娥五号工程的长时间观测数据支持，通过实验统计分析，发现了GPT3和VMF3组合模型的缺陷，并针对其缺陷，提出了一种考虑高度角的单测站对流层斜延迟计算方法。
[0027]本实施例公开了一种考虑高度角的单测站对流层斜延迟计算方法，如图1所示，步骤如下：
[0028]S1：借助长时间跟踪观测，长基线解算的方式，获取某测站的对流层斜延迟，记为STD0。
[0029]本实施例对流层斜延迟STD0来自嫦娥5号工程中的两个GNSS观测站，一个测站位于佳木斯，另一个测站位于喀什，两站上空的对流层斜延迟相关性较低，且观测数据延续三年时间，可认为观测数据为对流层斜延迟真值。
[0030]S2：利用GPT3和VMF3组合模型计算对流层斜延迟估值，记为STD
v
。具体如下：
[0031]利用测站经纬度、高程、时间信息利用线性内插的方式获取测站的天顶对流层干湿延迟，如式(1)、(2)所示：
[0032][0033][0034]其中，ZHD表示计算点位的天顶对流层干延迟，ZWD表示计算点位的天顶对流层湿延迟，B1、L1、B2、L2分别表示计算点位临近的四个网格点的经纬度；ZHD1、ZHD2、ZHD3、ZHD4分别表示计算点位临近的四个网格点的天顶对流层干延迟；ZWD1、ZWD2、ZWD3、ZWD4分别表示计算点位临近的四个网格点的天顶对流层湿延迟。
[0035]利用GPT3模型，采用网格内插的方式，获取投影函数参数a
w
和a
h
，将获取到的a
w
和a
h
作为参数纳入VMF3模型，计算出投影函数，如式(3)、(4)所示：
[0036][0037][0038]式(3)中，系数a
w
、b
w
、c
w
均为VMF3模型湿投影函数参数，ε表示卫星高度角；式(4)中，系数a
h
、b
h
、c
h
均为VMF3模型干投影函数参数，ε表示卫星高度角。
[0039]利用式(1)、(2)中计算出的对流层天顶延迟与式(3)、(4)获取的mf
w
(ε)、mf
h
(ε)，则可计算出对流层斜延迟GPT3和VFF3组合模型估计值，如式(5)所示：
[0040]STD
v
(ε)＝ZWD*mf
w
(ε)+ZHD*mf
h
(ε)
ꢀꢀ
(5)
[0041]式(5)中，STD
v
(ε)即为GPT3和VMF3组合模型估计值，ZWD、ZHD代表天顶对流层湿、干延迟，mf
w
(ε)、mf
h
(ε)代表湿、干投影函数。
[0042]S3：将S1中的对流层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑高度角的单测站对流层斜延迟计算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)借助长时间跟踪观测、长基线解算的方式，获取某测站的对流层斜延迟，记为STD0；(2)利用GPT3和VMF3组合模型计算对流层斜延迟估值，记为STD
v
；(3)将STD0与STD
v
作差，得到模型估计的残差值，分析残差值与高度角之间的关系，并确定出补偿函数形式；(4)将模型估计的残差值与高度角按照补偿函数形式组成超定方程组，并采用最小二乘计算得到函数各项系数，从而得出残差补偿模型并验证其精度。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伍生，沈鑫，朱明晨，马黎明，王家福，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：