[發明專利]一種估算天頂對流層延遲的積分方法

有效

• 申請號: 201710047564.4
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106802425B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 葉世榕;夏朋飛;陳德忠;王劍英;胡廣保;謝藍天
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡琳萍

本發明提出一種估算對流層天頂延遲的積分方法，在計算天頂對流層靜水延遲和天頂對流層濕度延遲時分別考慮了相鄰兩高度層上靜水折射指數和大氣壓強的改變量以及濕度折射指數與大氣壓強的改變量，并分別將靜水折射指數和濕度折射指數轉為大氣壓強隨高度變換的函數，然后對其進行積分后分別估算出天頂對流層靜水延遲和天頂對流層濕度延遲。在空間分布上，當存在水汽壓“逆增層”和大氣溫度“逆溫”的情況下，新的積分模型能夠更加精確的估算ZTD。

技術領域

本發明屬于全球衛星導航系統氣象學技術領域，特別涉及一種估算天頂對流層延遲的積分方法。

背景技術

全球衛星導航系統(后簡稱為GNSS)衛星信號經過對流層時，對流層對它產生傳播速度延遲和傳播路徑彎曲延遲兩部分影響。由此產生的路徑延遲被稱作對流層延遲。在GNSS數據處理的過程中，通常將信號傳播路徑的對流層延遲投影到天頂方向，并將其分為天頂對流層靜水延遲和天頂對流層濕度延遲兩部分。再已知大氣靜水折射指數N^d_h和大氣濕度折射指數N^w_h后，通常采用線性離散化的方法估算出天頂靜水延遲ZHD及天頂濕度延遲ZWD。事實上，大氣靜水折射指數N^d_h和大氣濕度折射指數N^w_h在垂直方向上呈現指數形式的變換，故線性離散化估算ZHD和ZWD會進入較大的誤差。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種新的估算對流層天頂延遲的積分方法，用于解決目前衛星定位系統氣象學中，利用探空產品、無線掩星產品、ERA-Interim產品等采用線性離散化的積分模型估算天頂對流層延遲時存在誤差較大的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種估算對流層天頂延遲的積分方法，其特征在于包括如下步驟：

首先根據垂直與地平面的高度方向上，大氣壓強、大氣水汽壓和大氣溫度的空間分布信息，分別估算出不同高度層上的大氣靜水折射指數N^d_h和大氣濕度折射指數N^w_h；

然后分別得出大氣靜水折射指數與大氣壓強在空間分布中存在的關系、大氣濕度折射指數與大氣水汽壓強在空間分布中存在的關系、以及大氣壓強與大氣水汽壓強在空間分布中存在的關系；

之后，在估算天頂對流層靜水延遲時，考慮相鄰兩高度層上大氣靜水折射指數和大氣壓強的改變量，并將大氣靜水折射指數轉化為大氣壓強隨高度變換的函數；在估算天頂對流層濕度延遲時，在相鄰兩高度層上，考慮大氣濕度折射指數、大氣水汽壓強、大氣壓強和大氣水汽壓強的改變量，并最終將大氣濕度折射指數轉換為大氣壓強隨高度變換的函數；

最后，對兩個函數分別進行積分后既可以估算出天頂對流層靜水延遲和天頂對流層濕度延遲。

進一步的，在垂直與地平面的高度方向上，大氣靜水折射指數N^d_h與大氣壓強的關系、大氣濕度折射指數N^w_h與水汽壓的關系、以及水汽壓強和大氣壓強的關系表示如下：

其中，N^d_h表示大氣靜水折射指數；N^w_h表示大氣濕度折射指數；τ^d為靜水延遲混合比指數；τ^w為濕度延遲混合比指數；e代表為水汽壓強；P為大氣壓強；e₀和P₀表示地表處的水汽壓強和大氣壓強；γ定義為大氣混合比指數；

大氣壓強隨高度的分布通常用指數形式表示：