[发明专利]一种估算天顶对流层延迟的积分方法

说明书

本发明提出一种估算对流层天顶延迟的积分方法，在计算天顶对流层静水延迟和天顶对流层湿度延迟时分别考虑了相邻两高度层上静水折射指数和大气压强的改变量以及湿度折射指数与大气压强的改变量，并分别将静水折射指数和湿度折射指数转为大气压强随高度变换的函数，然后对其进行积分后分别估算出天顶对流层静水延迟和天顶对流层湿度延迟。在空间分布上，当存在水汽压“逆增层”和大气温度“逆温”的情况下，新的积分模型能够更加精确的估算ZTD。

技术领域

本发明属于全球卫星导航系统气象学技术领域，特别涉及一种估算天顶对流层延迟的积分方法。

背景技术

全球卫星导航系统(后简称为GNSS)卫星信号经过对流层时，对流层对它产生传播速度延迟和传播路径弯曲延迟两部分影响。由此产生的路径延迟被称作对流层延迟。在GNSS数据处理的过程中，通常将信号传播路径的对流层延迟投影到天顶方向，并将其分为天顶对流层静水延迟和天顶对流层湿度延迟两部分。再已知大气静水折射指数N^d_h和大气湿度折射指数N^w_h后，通常采用线性离散化的方法估算出天顶静水延迟ZHD及天顶湿度延迟ZWD。事实上，大气静水折射指数N^d_h和大气湿度折射指数N^w_h在垂直方向上呈现指数形式的变换，故线性离散化估算ZHD和ZWD会进入较大的误差。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种新的估算对流层天顶延迟的积分方法，用于解决目前卫星定位系统气象学中，利用探空产品、无线掩星产品、ERA-Interim产品等采用线性离散化的积分模型估算天顶对流层延迟时存在误差较大的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种估算对流层天顶延迟的积分方法，其特征在于包括如下步骤：

首先根据垂直与地平面的高度方向上，大气压强、大气水汽压和大气温度的空间分布信息，分别估算出不同高度层上的大气静水折射指数N^d_h和大气湿度折射指数N^w_h；

然后分别得出大气静水折射指数与大气压强在空间分布中存在的关系、大气湿度折射指数与大气水汽压强在空间分布中存在的关系、以及大气压强与大气水汽压强在空间分布中存在的关系；

之后，在估算天顶对流层静水延迟时，考虑相邻两高度层上大气静水折射指数和大气压强的改变量，并将大气静水折射指数转化为大气压强随高度变换的函数；在估算天顶对流层湿度延迟时，在相邻两高度层上，考虑大气湿度折射指数、大气水汽压强、大气压强和大气水汽压强的改变量，并最终将大气湿度折射指数转换为大气压强随高度变换的函数；

最后，对两个函数分别进行积分后既可以估算出天顶对流层静水延迟和天顶对流层湿度延迟。

进一步的，在垂直与地平面的高度方向上，大气静水折射指数N^d_h与大气压强的关系、大气湿度折射指数N^w_h与水汽压的关系、以及水汽压强和大气压强的关系表示如下：

其中，N^d_h表示大气静水折射指数；N^w_h表示大气湿度折射指数；τ^d为静水延迟混合比指数；τ^w为湿度延迟混合比指数；e代表为水汽压强；P为大气压强；e₀和P₀表示地表处的水汽压强和大气压强；γ定义为大气混合比指数；

大气压强随高度的分布通常用指数形式表示：