基于PPP-B2b的船载实时大气水汽反演方法技术

一种基于PPP

【技术实现步骤摘要】
基于PPP
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B2b的船载实时大气水汽反演方法


[0001]本专利技术涉及GNSS气象学领域，特别涉及一种基于PPP
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B2b的船载实时大气水汽反演方法。

技术介绍

[0002]在船舶航行中，如何获取连续，实时，高精度的船舶上空的大气水汽信息，对船舶的航行安全至关重要。大气中约86％的水汽来源于海洋，获取海洋的大气水汽信息，目前常用的手段主要有星载或机载微波遥感，海上探空气球等技术。但是受卫星运动周期的影响，星载微波遥感探测的水汽信息虽然在水平方向具有很高的分辨率，但其在垂直方向分辨率和时间分辨率很低。机载微波遥感获取水汽的方式容易受到大气影响，很难形成实时，连续的水汽监测能力。
[0003]近年来发展起来的地基GNSS(Global Navigation Satellite System,全球导航定位系统)反演大气可降水量(precipitable water vapor，PWV)与无线电探空仪，水汽辐射计获取的水汽产品精度相当，已经逐渐成为气象观测的重要手段。目前，在全球范围内建设了多个包含GNSS水汽遥感功能的陆态监测网络，针对陆地稳固站点的GNSS水汽反演方法已基本成熟和完善，为海上动态环境的GNSS水汽监测提供了基础和借鉴。
[0004]精密单点定位(Precise Point Positioning，PPP)技术是近年来发展起来的一种新兴的GNSS定位技术。相较于发展较为成熟的至少需要利用两台GNSS接收机同步观测卫星，然后利用一个测站作为参考测站，消除大部分GNSS观测误差，来确定另一个测站坐标的相对定位技术，PPP具有得天独厚的优势，该方法只需要利用一台接收机接收地面观测数据，便可实现高精度的位置解算。PPP技术主要是利用单个GNSS接收机伪距和载波相位观测值，加上高精度轨道和钟差产品，利用模型修正法或参数估计法对各种误差项进行修正，以此来解算高精度的位置坐标。相较于相对定位技术，PPP具有成本低，效率高等优势，被广泛的应用到气象学，高精度定位，地形形变监测等领域，但是实时数据传输受限于网络环境，在茫茫大海上，很难做到实时大气水汽反演。
[0005]北斗导航卫星系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是中国自主建设运行的全球卫星导航系统，可提供卫星无线电导航(Radio Navigation Satellite Service，RNSS)服务、精密单点定位服务。北斗三号全球卫星导航系统于2020年7月31日正式开通，星座设计由30颗卫星组成，包括24颗MEO(Medium Earth Orbit)、3颗GEO(Geosynchronous Earth Orbit)和3颗IGSO(Inclined Geosynchronous Satellite Orbit)卫星，提供服务的范围覆盖全球的用户。在GEO轨道卫星上播发的信号称为PPP
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B2b信号，提供PPP定位服务。以其具有在无网络环境下依然可以进行高精度实时定位的优势，为船载实时大气水汽反演提供了研究基础。

技术实现思路

[0006]本公开提供一种基于PPP
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B2b的船载实时大气水汽反演方法，其能够实现在无网
路环境下，船舶航行中实时高精度的获取大气水汽信息。
[0007]为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
[0008](1)PPP
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B2b信号的解析
[0009]结合PPP
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B2b的数据播发结构，解析包括二进制观测数据，广播星历数据，轨道改正信息，钟差改正信息，卫星码间偏差信息等信号。按照数据匹配规则，将轨道改正数，钟差改正数，广播星历，以及码间偏差信息进行对应的数据匹配，将匹配好的数据，存储在数据结构体中，同时将所有解析的数据，存储为标准格式的数据文件，存储到本地，为后续研究做数据备份。
[0010](2)基于PPP定位算法反演大气参数
[0011]利用解析好的广播星历及对应的轨道，钟差改正数信息，实时合成精密星历，然后利用实时观测的伪距和载波相位观测值，通过实时动态PPP定位模块，采用双频消电离层组合，以及估计对流层延迟和梯度的方式实时动态定位解算，获取高精度船舶位置信息，以及对流层延迟信息。
[0012](3)获取船舶所在位置的气象参数
[0013]可通过船上搭载的高精度的气象传感器，实时获取船舶所在位置的温度，气压，湿度等气象参数信息，由于传感器所传输的数据都是二进制形式，所以利用实时数据解析模块，将解析出来的实时气象参数，存储在对应的气象参数结构体中，为实时解算PWV做准备，同时将实时观测到的气象参数，存储为标准格式文件，存储到本地。
[0014](4)实时获取船舶航行中的PWV信息
[0015]利用实时PPP定位模块解算出来的实时对流层参数，结合实时获取的温度，气压，湿度等气象信息，实时合成船舶所在区域的PWV数据，存储到本地。
[0016](5)实时数据的可视化
[0017]作为优选，在实时反演大气水汽参数中，将实时获取到的当前位置的温度，气压，湿度等信息，实时传输到可视化终端，同时将实时解算的船舶位置信息，船舶上空的可降水量信息，输出到屏幕终端，在屏幕终端实时绘制船舶航行的轨迹图，以及船舶上空的可降水量的时间序列图。
[0018]本公开提供的基于PPP
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B2b的船载实时大气水汽反演方法，基于北斗三代GEO卫星播发的高精度PPP
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B2b服务，采用能够接收该信号的接收机，通过实时信号解析，利用实时PPP大气水汽反演算法，同时结合实时获取的温度气压等大气参数，实时解算船舶上空的大气可降水量，进而可通过船上搭载的显示设备，实时监测航行中船舶的实时位置及船舶上空的大气水汽信息。
[0019]与现有技术相比，本公开的有益效果是：(1)高精度，高时间分辨率；(2)成本低，性能稳定，不受天气状况的影响；(3)相较于传统的实时定位方式，摆脱网络的限制，能够在没有网络的环境中进行高精度的实时动态定位解算；(4)为船舶的远洋航行提供了可靠的技术保障。
附图说明
[0020]通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例方式中，相同的参考标号
通常代表相同部件。
[0021]图1显示根据本公开的船载大气水汽监测系统计算流程示意图；
[0022]图2为PPP
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B2b信号的数据结构图。
具体实施方式
[0023]下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0024]本公开提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PPP
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B2b的船载实时大气水汽反演方法，包括以下步骤：S1，PPP
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B2b信号的解析；S2，基于PPP定位算法反演大气参数，获取高精度船舶位置信息，以及天顶对流层总延迟；S3，获取船舶所在位置的气象参数；S4，根据获得的船舶上空实时气象数据，解算天顶静力学延迟；S5，基于天顶对流层总延迟和天顶对流层静力学延迟，得到天顶对流层湿延迟；S6，利用水汽转换系数将天顶湿延迟转化为大气可降水量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：结合PPP
‑
B2b的数据播发结构，解析二进制观测数据，广播星历数据，轨道改正信息，钟差改正信息，卫星码间偏差信息等信号；按照数据匹配规则，将轨道改正数，钟差改正数，广播星历，以及码间偏差信息进行对应的数据匹配，将匹配好的数据，存储在数据结构体中，同时将所有解析的数据，存储为标准格式的数据文件，存储到本地。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，天顶静力学延迟的估算方法包括：式中，ΔL
zh
为天顶静力延迟，单位为m，p0为船舶所在位置的气压，式中，为GNSS观测值的纬度，H为船舶所在位置的海拔高度，实质为垂直大气柱质量中心的引力加速度，是与纬度和海拔高度相关的函数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5中，天顶对流层湿延迟计算方法为：天顶对流层总延迟ZTD减去天顶静力延迟ZHD即可获得天顶湿延迟ZWD。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5的具体方法为：利用转换因子∏将GNSS天顶湿延迟ZWD转换为大气可降水量，转换公式为：PWV＝∏
×
ZWD转...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓明，张靖雷，周凯，陈昱霏，邱聪，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：