[發(fā)明專利]高階項(xiàng)電離層延遲對(duì)GPS坐標(biāo)時(shí)間序列影響的量化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611140210.6
• 申請(qǐng)日: 2016-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN106772446B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜衛(wèi)平;王鍇華;鄧連生;李昭;陳華;馬俊;馬一方
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S19/07
• 分類號(hào): G01S19/07;G01S19/44
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡艷

本發(fā)明公開了一種高階項(xiàng)電離層延遲對(duì)GPS坐標(biāo)時(shí)間序列影響的量化方法，包括：收集GPS基準(zhǔn)站的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)；基于歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)獲得僅考慮電離層延遲一階項(xiàng)的GPS坐標(biāo)時(shí)間序列，記為序列A；基于歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算經(jīng)電離層高階項(xiàng)改正后的GPS坐標(biāo)時(shí)間序列，記為序列B；將序列A和序列B在時(shí)間域?qū)R后相減，獲得GPS基準(zhǔn)站的高階項(xiàng)電離層延遲影響時(shí)間序列，記為序列C；對(duì)序列A、序列B、序列C分別進(jìn)行噪聲分析，獲得各序列對(duì)應(yīng)的測(cè)站速度、噪聲特性和季節(jié)性信息，從而量化高階項(xiàng)電離層延遲的影響。本發(fā)明可定量確定高階項(xiàng)電離層延遲對(duì)測(cè)站坐標(biāo)時(shí)間序列的影響，能更好的解釋GPS坐標(biāo)時(shí)間序列中呈現(xiàn)的非線性變化來源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于非線性時(shí)間序列分析技術(shù)領(lǐng)域，并具體涉及一種高階項(xiàng)電離層延遲對(duì)GPS坐標(biāo)時(shí)間序列影響的量化方法。

背景技術(shù)

除了由測(cè)站所處板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的線性趨勢(shì)外，GPS坐標(biāo)時(shí)間序列中還呈現(xiàn)顯著的非線性變化，主要表現(xiàn)為季節(jié)性的上下波動(dòng)。這些非線性變化主要包括三種類型：(1)GPS數(shù)據(jù)處理過程中部分因素未模型化引起的虛假非線性變化，包括高階電離層延遲、未模型化的海洋潮汐分量、S1-S2大氣潮汐等；(2)由地球物理效應(yīng)引起的測(cè)站參考點(diǎn)的真實(shí)非線性運(yùn)動(dòng)，包括大氣負(fù)載、非潮汐海洋負(fù)載、水文負(fù)載、熱膨脹效應(yīng)等；(3)觀測(cè)噪聲。完善GPS精密數(shù)據(jù)處理模型、定量確定GPS技術(shù)類誤差引起的虛假非線性變化，可以得到更為真實(shí)的測(cè)站運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，為監(jiān)測(cè)研究地球系統(tǒng)的長(zhǎng)期變化提供真實(shí)、可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

電離層延遲是GPS定位誤差的主要來源之一，電離層延遲一階項(xiàng)可以通過LC組合觀測(cè)值消除。已有的研究成果表明，未考慮二、三階等高階項(xiàng)電離層延遲會(huì)造成GPS坐標(biāo)時(shí)間序列中呈現(xiàn)虛假非線性信號(hào)，同時(shí)也會(huì)造成厘米級(jí)的衛(wèi)星位置和地球自轉(zhuǎn)參數(shù)解算偏差(Fritsche等，Geophysical Research Letters，Impact of higher-order ionosphericterms on GPSestimates，2005)。Petrie等學(xué)者(Journal of Geophysical Research，Higher-order ionospheric effectson the GPS reference frame and velocities，2010)討論了高階項(xiàng)電離層延遲對(duì)于GPS參考框架、速度場(chǎng)的影響，認(rèn)為忽略高階項(xiàng)會(huì)造成約10mm的平移參數(shù)變化、0.05ppb的尺度變化以及參考ITRF2005高程方向高達(dá)0.34mm/yr的偏移量。上述研究表明，電離層高階項(xiàng)延遲對(duì)GPS基準(zhǔn)站的影響可達(dá)厘米級(jí)，所引起的測(cè)站位置變化具有區(qū)域性的偏移規(guī)律和季節(jié)性特征，影響量級(jí)的大小與衛(wèi)星軌道的精度、總電子含量、所使用的地磁場(chǎng)模型存在相關(guān)性。然而基于長(zhǎng)時(shí)間跨度的坐標(biāo)時(shí)間序列，高階電離層延遲對(duì)測(cè)站坐標(biāo)、季節(jié)性信號(hào)以及噪聲特性的定量影響還有待研究。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間跨度GPS坐標(biāo)時(shí)間序列，難以定量確定高階項(xiàng)電離層延遲對(duì)測(cè)站坐標(biāo)、序列周期性信號(hào)、噪聲特性以及坐標(biāo)參考框架實(shí)現(xiàn)的影響，本發(fā)明提出了高階項(xiàng)電離層延遲對(duì)GPS坐標(biāo)時(shí)間序列影響的量化方法，從而可獲得更為真實(shí)的測(cè)站非線性運(yùn)動(dòng)信號(hào)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

高階項(xiàng)電離層延遲對(duì)GPS坐標(biāo)時(shí)間序列影響的量化方法，包括：

S1收集GPS基準(zhǔn)站的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)；

S2基于歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算，僅考慮電離層延遲一階項(xiàng)，經(jīng)網(wǎng)平差后將基準(zhǔn)統(tǒng)一到ITRF框架下，獲得僅考慮電離層延遲一階項(xiàng)的GPS坐標(biāo)時(shí)間序列，記為序列A；

S3基于歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算，考慮電離層延遲的二階項(xiàng)與三階項(xiàng)，計(jì)算經(jīng)電離層高階項(xiàng)改正后的GPS坐標(biāo)時(shí)間序列，記為序列B；

S4將序列A和序列B在時(shí)間域?qū)R后相減，獲得GPS基準(zhǔn)站的高階項(xiàng)電離層延遲影響時(shí)間序列，記為序列C；