一种区域天顶对流层延迟计算方法技术

本发明专利技术属于空间大地测量技术领域，具体涉及一种区域天顶对流层延迟计算方法。该方法首先根据天顶对流层延迟计算精度与测站最短距离的对应关系，选取满足目标区域天顶对流层延迟计算精度要求的GNSS测站；其中，对目标区域进行仿真计算得到所述对应关系；然后根据选取的各GNSS测站的观测量，计算得到各GNSS测站处的天顶对流层延迟值；将各GNSS测站处的天顶对流层延迟延拓至其他参考面，延拓后进行格网化处理得到其他参考面上的区域延迟值；最后将其他参考面上的区域延迟值反向延拓至地表，得到区域天顶对流层延迟值。本发明专利技术可根据少量的GNSS站，得到目标区域内精确的天顶对流层延迟计算结果。计算结果。计算结果。

【技术实现步骤摘要】
一种区域天顶对流层延迟计算方法


[0001]本专利技术属于空间大地测量
，具体涉及一种区域天顶对流层延迟计算方法。

技术介绍

[0002]对流层对以电磁波为主要探测手段的空间观测技术都会造成传播延迟，如全球导航卫星系统、甚长基线干涉测量、卫星激光测距、合成孔径雷达干涉测量等技术。这种延迟受气温、气压、水汽含量等气象条件影响，时变性强，随地理位置、传播路径而变，且无法利用多频组合观测消除，已成为制约空间大地测量技术精度的主要瓶颈之一。
[0003]为便于研究，对流层延迟通常被分为干分量、湿分量两部分。其中，干分量规律性较强，与待研究区域的气压、高程、纬度等有强相关关系，可利用简单的经验模型精确计算；湿延迟则主要受待研究地区上空剖面的水汽、温度等要素影响，而这些剖面要素变化莫测，导致湿延迟的精确确定比干延迟困难得多。所以，对流层对空间大地测量技术的制约主要体现在湿延迟上，高精度对流层延迟信息的获取，也将显著提升GNSS等空间技术的服务能力。
[0004]目前关于对流层延迟的计算，通常有以下几种方法：分层积分法、经验模型法、估计法和机器学习法。其中，分层积分法从物理角度给出了ZWD的严密计算公式，理论精度最高，可用于评估其他方法的精度优劣。随着水汽辐射仪、探空气球、无人机、人造卫星等技术的发展，气象数据的获取手段更加多样，为积分法提供了丰富的数据源，但剖面气象数据的获取成本仍旧较高。虽然国际上有多家权威机构，如ECMWF、NCEP等机构均可定期发布空间分层格网气象数据，但产品生产周期较长，更新往往滞后数天甚至数月之久，不利于对流层延迟的实时解算。经验模型法计算成本最低、计算效率最高，相比积分方法，经验模型法大大简化了求解过程，尤其是非气象参数经验模型，这种模型往往在多年气象资料或权威气象产品的基础上构建，可提前植入GNSS、VLBI等数据处理软件中，普适性较强；但经验模型法牺牲了ZWD的计算精度，同时也无法反映突发、异常天气下的ZWD特性。基于估计法算得的对流层延迟，时间分辨率最高，可常年不间断地得到高精度的延迟序列。但估计法得到精确延迟的前提是在研究区域布有均匀且数量充足的GNSS等空间大地测量台站的基础上；而且，为分离位置误差与对流层延迟的耦合效应，还需静态连续观测足够长的时间。这使得该方法在台站空白地区或不便建台站的地区，应用效果难以体现。机器学习方法潜力巨大，众多学者用大量的实验证实，机器学习在气象、水文分析预报等复杂非线性逼近领域，具有不可比拟的优势。但机器学习方法通常需要海量的历史数据，在数据稀少、观测量不足的区域，该方法的效果同样难以体现。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种区域天顶对流层延迟计算方法，用以解决现有技术方法在测站资源有限的区域中无法实现高精度对流层延迟计算结果的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种区域天顶对流层延迟计算方法，包括如下步骤：
[0007]1)根据天顶对流层延迟计算精度与测站最短距离的对应关系，选取满足目标区域天顶对流层延迟计算精度要求的GNSS测站；其中，对目标区域进行仿真计算得到所述对应关系；
[0008]2)根据选取的各GNSS测站的观测量，计算得到各GNSS测站处的天顶对流层延迟值；
[0009]3)将各GNSS测站处的天顶对流层延迟延拓至其他参考面，延拓后进行格网化处理得到其他参考面上的区域延迟值；
[0010]4)将其他参考面上的区域延迟值反向延拓至地表，得到区域天顶对流层延迟值。
[0011]其有益效果为：本专利技术方法首先需要建立起天顶对流层延迟计算精度与测站最短距离之间的对应关系，进而利用该对应关系可以在目标区域内选取适宜的GNSS测站，进而在此基础上结合对流层延迟延拓、反向延拓模型和格网化方法，最终实现区域对流层延迟的实时、高精度计算，成功解决了因测站资源有限而导致的区域对流层延迟信息获取困难或不准确的现状，可以为GNSS精密单点定位、甚长干涉基线测量、星载雷达干涉测量等空间大地测量领域的研究和应用提供有效的技术支撑。
[0012]进一步地，所述仿真计算的过程包括：根据分层格网气象模型提供的垂直剖面气象数据计算得到区域内格网的天顶对流层延迟值，作为天顶对流层延迟参考值；利用目标区域GNSS测站的数据和对应位置的气压数据，计算得到区域天顶对流层延迟值，并与天顶对流层延迟参考值进行比较得到各格网点的误差；对各格网点的误差以及各格网点与测站的最短距离进行回归分析，从而得到所述天顶对流层延迟计算精度与测站最短距离的对应关系。
[0013]其有益效果为：采用上述方法可以准确且快速得到天顶对流层延迟计算精度与测站最短距离的对应关系，进而利用该关系可以准确评估区域内GNSS测站是否符合精度需求。
[0014]进一步地，需结合分层积分法以根据分层格网气象模型提供的垂直剖面气象数据计算得到区域内格网的天顶对流层延迟值，分层积分法的计算公式为：
[0015][0016]式中，ZTD为计算得到的天顶对流层延迟值；surf和trop分别为地表高程和对流层顶高程；k1、k'2、k3为常数系数；p、p
w
、T分别为各高度层面的气压、水汽压、气温。
[0017]其有益效果为：分层积分法从物理角度给出了严密计算公式，理论精度最高，因而将其用于评估其他方法的精度优劣。
[0018]进一步地，在目标区域内现有GNSS测站无法满足所述目标区域天顶对流层延迟计算精度要求时，需在目标区域内架设临时GNSS测站以满足要求。
[0019]其有益效果为：通过架设临时GNSS测站的方式可以满足目标区域天顶对流层延迟计算精度要求。
[0020]进一步地，其他参考面为大地水准面。
[0021]其有益效果为：采用大地水准面作为其他参考面可以提高区域对流层延迟计算精
度。
[0022]进一步地，步骤3)中采用二次曲面函数进行格网化处理。
[0023]进一步地，二次曲面函数的形式为：
[0024]f(B,L)＝a0+a1B+a2L+a3B2+a4L2+a5BL
[0025]式中，f(B,L)为关于大地纬度B和大地经度L的二次曲面函数；a
i
为函数系数，i＝1,2,
…
,5。
[0026]进一步地，步骤2)中各GNSS测站处的天顶对流层延迟值包括各GNSS测站处的天顶对流层干延迟值和天顶对流层湿延迟值，分别为：
[0027][0028]ZWD
surf
＝ZTD
surf
‑
ZHD
surf
[0029]式中，ZHD
surf
、ZWD
surf
分别为GNSS测站处的天顶对流层干、湿延迟值；P
surf
为地表气压值；B、H分别为GNSS测站处的大地纬度和大地高；ZTD
surf
分别为GNSS测站处的天顶对流层延迟值。
[0030]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种区域天顶对流层延迟计算方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据天顶对流层延迟计算精度与测站最短距离的对应关系，选取满足目标区域天顶对流层延迟计算精度要求的GNSS测站；其中，对目标区域进行仿真计算得到所述对应关系；2)根据选取的各GNSS测站的观测量，计算得到各GNSS测站处的天顶对流层延迟值；3)将各GNSS测站处的天顶对流层延迟延拓至其他参考面，延拓后进行格网化处理得到其他参考面上的区域延迟值；4)将其他参考面上的区域延迟值反向延拓至地表，得到区域天顶对流层延迟值。2.根据权利要求1所述的区域天顶对流层延迟计算方法，其特征在于，所述仿真计算的过程包括：根据分层格网气象模型提供的垂直剖面气象数据计算得到区域内格网的天顶对流层延迟值，作为天顶对流层延迟参考值；利用目标区域GNSS测站的数据和对应位置的气压数据，计算得到区域天顶对流层延迟值，并与天顶对流层延迟参考值进行比较得到各格网点的误差；对各格网点的误差以及各格网点与测站的最短距离进行回归分析，从而得到所述天顶对流层延迟计算精度与测站最短距离的对应关系。3.根据权利要求2所述的区域天顶对流层延迟计算方法，其特征在于，需结合分层积分法以根据分层格网气象模型提供的垂直剖面气象数据计算得到区域内格网的天顶对流层延迟值，分层积分法的计算公式为：式中，ZTD为计算得到的天顶对流层延迟值；surf和trop分别为地表高程和对流层顶高程；k1、k'2、k3为常数系数；p、p
w
、T分别为各高度层面的气压、水汽压、气温。4.根据权利要求1所述的区域天顶对流层延迟计算方法，其特征在于，在目标区域内现有GNSS测站无法满足所述目标区域天顶对流层延迟计算精度要求时，需在目标区域内架设临时GNSS测站以满足要求。5.根据权利要求1所述的区域天顶对流层延迟计算方法，其特征在于，其他参考面为大地水准面。6.根据权利要求1所述的区域天顶对流层延迟计算方法，其特征在于，步骤3)中采用二次曲面函数进行格网化处理。7.根据权利要求6所述的区域天顶对流层延迟计算方法，其特征在于，二次曲面函数的形式为：f(B,L)＝a0+a...

【专利技术属性】
技术研发人员：范昊鹏，李新星，张勇，肖国锐，李林阳，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：