[发明专利]多因子约束下的NWP反演对流层延迟的残差改正方法

说明书

本发明公开了一种多因子约束下的NWP反演对流层延迟的残差改正方法，首先获取作业区域里所有连续运行参考站的连续一年的ZTD和该区域NWP提供的连续一年的再分析资料，利用积分法反演该区域上述连续运行参考站的ZTD，然后基于最小绝对残差法的多项式拟合法拟合NWP反演ZTD的残差，获取当前时刻的NWP预报资料和观测站的初始坐标，利用上述残差模型计算当前时刻改正后的NWP_ZTD的残差，利用当前时刻的NWP预报资料反演当前时刻的NWP_ZTD的初值，将上述NWP_ZTD的初值与改正后的NWP_ZTD的残差相加，即得到当前时刻精确的NWP_ZTD。本方法首次根据温度、湿度、位置等多因素与对流层残差的时间序列间的关系来建模，改正NWP反演的对流层延迟的残差提高对流层延迟的估计精度至亚厘米级。

技术领域

本发明涉及一种对流层延迟的残差改正方法，尤其是多因子约束下的NWP反演对流层延迟的残差改正方法，利用多种气象因素时间序列的变化规律建模，改正数值天气预报模型(NWP)反演的对流层延迟的残差，从而提高精密单点定位(PPP)和长距离基线实时精密动态定位(RTK)的收敛速度和定位精度，属于全球卫星导航与定位技术领域。

背景技术

对流层延迟是全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,简称GNSS)导航和定位的主要误差源之一，其对电磁波信号产生的影响是非色散的折射。由于对流层折射的影响，在天顶方向可使电磁波的传播路径差s达到2.3m，当卫星高度角为10°时可达20m，严重制约着GNSS精密单点定位和中长距离基线差分定位的模糊度收敛速度和定位精度。

在GNSS数据处理的现有技术中，总结起来有三种方法可用来消弱对流层延迟：1.通过经验模型估计天顶对流层延迟(ZTD)，但经验模型估计的ZTD的精度差，最大误差可达20cm；2.在数学模型中将ZTD作为参数与其他未知参数(如站点坐标和模糊度)共同求解。然而，对流层延迟与位置强相关，方程需要较强的卫星几何约束和较长时间的观测才能得到稳定解；3.利用数值天气预报模型的再分析或预报资料反演ZTD。

现如今NWP预报资料反演ZTD的残差大概在±6cm上下浮动，平均残差和均方根值(RMS)分别在1cm和3cm左右，不能直接用于GNSS精密定位中。在GNSS精密定位解算中，通常将此ZTD作为初值，将ZTD的残差作为未知数，与模糊度，位置等参数共同求解。此时，NWP反演ZTD的精度将直接影响模糊度的收敛速度。要实现实时PPP或长距离RTK，需要提高NWP反演ZTD的精度，即改正NWP反演的ZTD的残差，针对这一问题，目前还未有切实可行的方法。

发明内容

本发明的目的在于，为了克服现有技术中存在的不足，提供了一种多因子约束下的NWP反演对流层延迟的残差改正方法，用于解决现有的方法得到的对流层延迟精度差的技术问题。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明的多因子约束下的NWP反演对流层延迟的残差改正方法，包括以下步骤：

第一步，获取作业区域里所有连续运行参考站的连续一年的ZTD，记做IGS_ZTD，并剔除粗差，该数据可在各省市连续运行参考站网中心网站获得。

第二步，获取该区域NWP提供的连续一年的再分析资料，包括气压、温度、相对湿度及位势高度，该数据可由欧洲中尺度天气预报中心(ECMWF)再分析资料中ERA-Interim(Jan1979-present)产品的分层气象数据获得。

第三步，利用积分法反演该区域上述连续运行参考站的ZTD，记做NWP_ZTD。采用分层积分法反演ZTD的计算公式为：

上式中，ZTD_grid为格网点在测站所在高度上的ZTD值，H_IGS为参考站的高程，H_top为NWP资料顶层高度，N是大气折射率，无量纲，N_i表示第i个积分区域范围内的大气折射率，△H_i是在第i个积分区域范围内的高度。