GNSS大气探测数据中对流层延迟误差的消除方法

摘要

本发明公开了一种GNSS大气探测数据中对流层延迟误差的消除方法，其特征在于，融合GPT模型、UNB3m模型和经典对流层模型，所述经典对流层模型为Hopfield或Saastamoinen模型，包括如下步骤：以GPT模型计算测站的温度与气压；再以UNB3m模型计算测站的水气压；最后通过使用GMF映射函数（Global Mapping Function）计算站星视线方向的对流层延迟改正。本发明方法适用于缺少实测气象数据的情况，能够较精确的给出对流层延迟的先验值，可应用于GNSS定位、GNSS气象学等领域。

主权项

一种GNSS大气探测数据中对流层延迟误差的消除方法，其特征在于，融合GPT模型、UNB3m模型和经典对流层模型，所述经典对流层模型为Hopfield或Saastamoinen模型，包括如下步骤：步骤一、以GPT模型计算测站的温度与气压，GPT模型的输入参数为：测站经度、测站纬度、大地高和年积日，GPT模型的输出值为：温度、气压和高程异常，所述高程异常为大地高与正常高的差；首先以9阶9次球谐函数求出测站位置温度与气压的年平均值a₀、年变化幅度A和高程异常N：其中：P_nm表示勒让德多项式；A_nm和B_nm表示球谐函数的系数，通过ECMWF中心三年的分析数据和EGM96重力模型数据以最小二乘的方法解算得到；和λ表示测站的纬度和经度；m和n代表0至9的整数；然后在年平均值和年变化幅度的基础上，以余弦函数的形式求出具体某一年积日的温度与气压值：$\left[\begin{array}{c}{P}_0\\ T_0\end{array}\right]=a_0+A·\cos \left(\frac{\mathrm{doy}-28}{365.25}2\pi \right)---\left(2\right)$其中：P₀和T₀表示平均海平面的温度与气压值，doy表示年积日；最后根据测站高程进行梯度改正：P＝P₀[1‑0.000226(H_大地‑N)]^5.225    (3)T＝T₀‑0.0065(H_大地‑N)    (4)其中：P和T表示测站位置的温度与气压值，H_大地‑N表示测站高于海平面的高度，即测站的正常高；步骤二、以UNB3m模型计算测站的水气压首先查表1得到测站附近纬度的相对湿度年平均值和年变化幅度，线性内插得到测站所在纬度位置，然后以余弦函数计算某一年积日的相对湿度大小，余弦函数同公式(2)：表1 UNB3m模型相对湿度的均值和振幅经验值最后通过相对湿度计算水气压，具体计算公式参考IERS2003：$e=\frac{\mathrm{RH}}{100}·e_s·f_w---\left(5\right)$e_s＝0.01exp(1.2378847×10^‑5T²‑1.9121316×10^‑2T                                            (6)              +33.93711047‑6.3431645×10³T^‑1f_w＝1.00062+3.14×10^‑6P+5.6×10^‑7(T‑273.15)²    (7)其中：e表示水气压，RH表示相对湿度，e_s表示饱和水气压，f_w表示缩放因子；步骤三、根据步骤一和二得到的经验气象参数，以经典对流层模型Hopfield或Saastamoinen分别计算天顶对流层延迟的干分量ZHD和湿分量ZWD改正，以Saastamoinen模型计算：ZHD＝0.002277P    (8)$\mathrm{ZWD}=0.002277(\frac{1255}{T}+0.05)e---\left(9\right)$以Hopfield模型计算：ZHD＝77.64P/T    (10)$\mathrm{ZWD}=-12.96\frac{e}{T}+371800\frac{e}{T^2}---\left(11\right)$步骤四、使用GMF映射函数(Global Mapping Function)计算站星视线方向的对流层延迟改正：$m{\left(ϵ\right)}_h=\frac{1+\frac{a_h}{1+\frac{b_h}{1+c_h}}}{\sin \left(ϵ\right)+\frac{a_h}{\sin \left(ϵ\right)+\frac{b_h}{\sin \left(ϵ\right)+c_h}}}+\frac{1}{\sin \left(ϵ\right)}-\frac{1+\frac{a_{\mathrm{ht}}}{1+\frac{b_{\mathrm{ht}}}{1+c_{\mathrm{ht}}}}}{\sin \left(ϵ\right)+\frac{a_{\mathrm{ht}}}{\sin \left(ϵ\right)+\frac{b_{\mathrm{ht}}}{\sin \left(ϵ\right)+c_{\mathrm{ht}}}}}---\left(12\right)$$m{\left(ϵ\right)}_w=\frac{1+\frac{a_w}{1+\frac{b_w}{1+c_w}}}{\sin \left(ϵ\right)+\frac{a_w}{\sin \left(ϵ\right)+\frac{b_w}{\sin \left(ϵ\right)+c_w}}}---\left(13\right)$ΔT＝m(ε)_h·ZHD+m(ε)_w·ZWD    (14)其中：ε表示卫星高度角a,b,c表示模型中的球谐函数系数，H表示大地高，以米为单位，下标h对应干分量系数，下标ht对应干分量高程修正系数，下标w对应湿分量系数，ΔT表示站星视线方向的对流层延迟总量。