[发明专利]天顶对流层延迟建模方法、装置及测量方法、装置

说明书

技术领域

本发明涉及卫星定位技术领域，尤其涉及一种天顶对流层延迟建模方法、装置及测量方法、装置。

背景技术

全球导航卫星定位系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)是指采用导航卫星发射的电磁波对地球上物体进行定位、导航与授时的系统。GNSS卫星的高度为2～4万千米，用户接收其发射的电磁波，通过码测量值与载波相位观测值进行定位。GNSS卫星发射的信号在经过大气时，速度将发生变化，传播路径也发生弯曲，称之为大气延迟误差。在GNSS测量定位中，一般只考虑信号传播速度的变化，因为传播路径的弯曲比较小，可以忽略不计。大气延迟误差主要包括电离层延迟误差和对流层延迟误差，其中电离层延迟误差与信号的传播频率有关，可以采用双频无电离层组合消除一阶项。对流层是指地面以上约10km处的大气，其包含了大气中90％的水汽。GNSS信号在穿过对流层时，速度发生变化，从而引起信号传播的延迟，在天顶方向的延迟量约2m。对流层延迟分为干延迟和湿延迟两种类型，其中干延迟占总延迟量的90％，其与气温、气压相关，易于建模；而占总延迟量10％的湿延迟与水汽变化相关，难以精确建模。对流层延迟误差对GNSS定位有显著影响，尤其是在精密定位中需要予以考虑。

在GNSS导航定位过程中，对流层延迟误差通常有以下三种处理方法：(1)参数估计方法，即，将对流层延迟作为未知参数解算；(2)实测数据方法，即，通过实测气温、气压等数据计算延迟量；(3)建立经验改正模型。

对流层天顶延迟量的经验改正模型主要包括以下几种：(1)根据气象数据，由Saastamoinen、Hopfield、Black模型计算天顶延迟量。其中，气象数据可以通过气象仪实测气温、气压、水汽压等获取，也可以通过经验气象模型获取，常用的经验气象模型包括GPT(Global Pressure&Temperature)、GPT2(Global Pressure&Temperature 2)、GPT2w(Global Pressure&Temperature2wet)等模型，精度可达约4cm。(2)EGNOS、UNB3等模型，分别针对欧洲、北美区域，根据大气参数表计算GNSS测站的气温，从而计算相应的对流层天顶延迟量。(3)VMF1(Vienna Mapping Function 1)、UNBvmf模型，其根据数值气象模型(Numerical Weather Model，NWM)计算，提供6h时间采样率的全球格网数据，精度约为2cm，这两个模型的缺点是需要实时下载其产品。(4)IGGtrop、GZTD、SHAO模型，它们的特点是无需气象数据，对流层天顶延迟量直接建模。

现有的对流层天顶延迟经验模型，虽然已经能够很好地对GNSS导航定位过程中的对流层天顶延迟进行较好的改正，但是还存在以下缺点：(1)基于气象数据计算的对流层天顶延迟量建模没有充分利用GNSS解算的天顶延迟数据；(2)现有模型普遍采用球谐函数或按照纬度划分的大气参数表，在小区域适用性不够好，只有VMF1模型利用格网函数，但是VMF1函数的使用太过复杂；(3)现有模型没有专门适用于中国大陆区域对流层天顶延迟的改正模型。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明一方面提供一种适用于中国大陆区域的天顶对流层延迟建模方法，以提升中国区域卫星导航定位系统的整体服务水平。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种天顶对流层延迟建模方法，该方法包括以下步骤：

步骤S11，获取分布在中国大陆区域的陆态网GNSS测站分别实测的对流层天顶延迟量；

步骤S12，建立高程改正模型：

计算各所述GNSS测站对应的对流层天顶延迟量的单日值ZTD_h(doy)和年均值ZTD_h，并根据所述年均值ZTD_h和式(1)拟合得到各所述GNSS测站对应的高程改正系数β和归化到地球椭球面上的年均延迟量ZTD₀，然后根据各GNSS测站对应的所述高程改正系数β，由式(1’)将各GNSS测站对应的单日值ZTD_h(doy)改正到地球椭球面上，以获得高程改正后的单日延迟量ZTD₀(doy)：

ZTD_h＝ZTD₀×e^βh (1)，