[發明專利]全球衛星導航系統對流層天頂延遲修正的方法

有效

• 申請號: 201310552548.2
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103558609A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 袁運斌;李薇;歐吉坤;張寶成;李子申
• 申請（專利權）人: 中國科學院測量與地球物理研究所
• 主分類號: G01S19/07
• 分類號: G01S19/07
• 代理公司: 武漢荊楚聯合知識產權代理有限公司 42215
• 代理人: 王健

1.全球衛星導航系統對流層天頂延遲修正的方法，其特征在于，該方法包含以下步驟：

a、全球對流層天頂延遲原始數據庫的建立

NCEP全球再分析大氣資料將大氣空間劃分為緯度2.5度×經度2.5度×高度的三維網格，該網格在高度上為17個等壓面，并提供上述每個三維網格的高度、大氣壓強、溫度及相對濕度的數據；

由每個三維網格的相對濕度，通過下面公式計算得到該網格的水汽壓：

e_s＝exp(-37.2465+0.213166T-0.000256908T²)???（1）

e＝0.01·RH·e_s???（2）

其中：e_s為飽和水汽壓，單位：百帕hPa，RH為相對濕度，T為絕對溫度K，e為水汽壓，單位：百帕；

再由下式計算得到該網格的大氣折射率N：

N=k1(P-e)T+k2eT+k3eT2---(3)]]>

式中P為大氣壓強，單位：百帕，參數k₁=77.604K/hPa，k₂=64.79K/hPa，k₃=377600.0K²/hPa；

對大氣折射率在高度上積分得到該網格的對流層天頂延遲：

ZTD=10-6∫h0Ndh---(4)]]>

式中ZTD為對流層天頂延遲，單位：mm，h為海拔高度，單位：mm，h₀為網格所在高度，單位：mm；由上述計算得到與NCEP全球再分析大氣資料的大氣空間網格一致的對流層延遲資料，形成全球對流層天頂延遲原始數據庫；

b、全球對流層天頂延遲數據庫的建立

將大氣空間再劃分為緯度×經度×高度的新三維網格，水平網格采用步驟a的緯度2.5度×經度2.5度，三維網格的高度分別為0,1,2,3,4,5,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24km；將全球對流層天頂延遲原始數據庫中的數據在高度上通過樣條插值，得到新三維網格上的對流層天頂延遲；這些數據構成新三維網格上的全球對流層天頂延遲數據庫；

c、簡化網格及全球對流層天頂延遲簡化數據庫的建立

根據全球對流層天頂延遲的空間變化特征將大氣空間劃分為簡化的空間網格，即簡化網格；簡化網格的高度與步驟b中三維網格的高度一致；

在海拔高度小于或等于6km，且緯度位于南緯40度和北緯60度之間的區域，簡化網格在緯度和經度方向的格點間距均為2.5度；在海拔高度小于或等于6km，且緯度位于南緯40度以南或北緯60度以北的區域，簡化網格在緯度方向的格點間距為2.5度、在經度方向的格點間距為10度；

在海拔高度大于6km的區域，簡化網格采用緯度×高度的二維網格，在緯度方向的格點間距為2.5度；

簡化網格的緯度、經度和高度的網格點位置與步驟b中三維網格的相應位置重疊；

對于海拔高度小于或等于6km的區域，簡化網格中的數據采用與步驟b中全球對流層天頂延遲數據庫對應的三維網格數據；對于海拔高度大于6km的區域，簡化網格中各二維網格點的數據采用步驟b中全球對流層天頂延遲數據庫數據在經度上的平均值；簡化網格的數據構成全球對流層天頂延遲簡化數據庫；

d、對流層天頂延遲年均值及年變化幅度的計算

模擬對流層天頂延遲時變規律的關鍵參數為：對流層天頂延遲的年均值和年變化幅度；對于簡化網格的一個網格點，首先選取全球對流層天頂延遲簡化數據庫在該網格點上數年的對流層天頂延遲數據；然后對這些數據取平均，得到對流層天頂延遲的年均值；最后，利用公式（5）對數年的對流層天頂延遲數據進行最小二乘擬合計算，得到對流層天頂延遲的年變化幅度，該結果與對流層天頂延遲數據的時間變化規律最為匹配；對全球對流層天頂延遲簡化數據庫每個網格上的數據均進行上述計算；

（5）式中為緯度，單位：度；λ為經度，單位：度；h為高度，單位：km；t為年積日；ZTD為對流層天頂延遲，單位：mm；meanZTD為對流層天頂延遲的年均值，單位：mm；ampZTDλ,h)為對流層天頂延遲的年變化幅度，單位：mm；D表示對流層天頂延遲達到年度峰值的年積日，在北半球D=211,在南半球D=28；

得到簡化網格上的對流層天頂延遲年均值及年變化幅度后，由公式（5）即可計算一年中任意日期的對流層天頂延遲；

e、全球對流層天頂延遲年均值及年變化幅度的存儲

步驟d得到的簡化網格各個網格點上的對流層天頂延遲年均值及年變化幅度均為單精度浮點型數據，將所有數據乘以10后四舍五入取整，然后采用2字節的整型數據存儲，形成對流層參數表文件；

f、接收機端對流層天頂延遲的修正

將對流層參數表文件內的數據除以10后得到對流層天頂延遲年均值及年變化幅度表；根據接收機的經、緯度坐標確定所在簡化網格的水平網格點，查表獲取該水平網格點上所有高度層的對流層天頂延遲年均值及年變化幅度，和觀測日期一起代入（5）式計算該水平網格點上所有高度層的對流層天頂延遲，然后在高度上做樣條插值得到接收機所在高程上的對流層天頂延遲修正量。