[發明專利]一種基于函數基的三維水汽探測方法

有效

• 申請號: 201711033706.8
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107843943B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 趙慶志
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01W1/08
• 分類號: G01W1/08
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

本發明公開了一種基于函數基的三維水汽探測方法，包括步驟：一、觀測數據接收和解算；二、大氣對流層參數解算；三、衛星信號斜路徑上大氣水汽含量SWV的計算；四、建立函數基觀測方程；五、構建先驗約束方程；六、建立基于函數基的三維水汽層析模型；七、確定函數基三維水汽層析模型中各類參數權比；八、基于函數基的三維水汽層析模型的待估參數解算及結果顯示。本發明以函數基觀測方程為基礎，建立新的函數基層析模型，通過引入函數基觀測方程，保證待估水汽密度參數的空間連續性，降低待估參數的個數，增強層析模型結構的穩定性，確保重構水汽結果的精度和可靠性。

技術領域

本發明屬于氣象水汽探測技術領域，具體涉及一種基于函數基的三維水汽探測方法。

背景技術

全球定位系統探測水汽技術已經成為獲取大氣中三維水汽信息的主要技術之一。傳統的GPS層析技術采用像素基水汽層析方法，即將研究區域在三維方向上劃分為若干的網格，并假定每個網格內的水汽密度信息在給定的時間范圍內為一常數，然后利用穿過研究區域的衛星信號建立觀測方程。由于研究區域內接收機幾何位置的確定性以及衛星星座的幾何結構影響，在研究區域的底面，射線集中穿過接收機所在的網格，研究區域的底面未設置接收機的網格以及研究區域的側面很少有射線穿過，因此，需要加入某些約束條件，如水平約束和垂直約束等，對沒有射線穿過的網格進行約束。上述基于像素基的三維水汽重構方法存在一定的缺陷，如將研究區域強制性地分為若干個三維立體網格時，破壞了水汽在空間和時間分布上的連續性；引入水平約束和垂直約束等信息時，引入的信息對于網格間的約束可能并不是十分準確，會導致三維水汽重構結果質量較低，甚至偏離其真值；此外，即使加入水平和垂直約束等先驗信息，也沒有很好地解決層析法方法在求逆過程中的秩虧問題。因此，本發明針對傳統像素基三維水汽層析方法的缺陷，提出了一種基于函數基的三維水探測方法。該方法未在層析模型中引入水平約束和垂直約束等信息，避免先驗模型信息不準確對網格間相互約束的影響；未對水平方向上的研究區域進行強制性網格劃分，保證了水汽在空間分布上的連續性和一致性；降低了待估水汽參數的個數，只對水汽函數系數進行估計，提高解算效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于函數基的三維水汽探測方法，以函數基觀測方程為基礎，建立新的函數基層析數學模型，通過引入函數基層析觀測方程，保證待估水汽密度參數的空間連續性，降低待估參數的個數，增強層析模型結構的穩定性，確保重構水汽結果的精度和可靠性，便于推廣使用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于函數基的三維水汽探測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、觀測數據接收和解算：在研究區域的底面上布設GPS接收機，采用GPS接收機接收衛星射線的偽距和載波相位觀測數據，測站處理機利用精密單點定位原理對觀測數據進行解算得到天頂對流層總延遲ZTD、衛星射線東西方向上的梯度G_W和衛星射線南北方向上的梯度G_N，采用氣象傳感器實時采集GPS接收機所處位置的氣溫和氣壓數據；

步驟二、大氣對流層參數解算：根據公式計算天頂靜力學延遲ZHD和天頂濕延遲量ZWD，其中，P為地表氣壓，為GPS接收機的緯度，H為GPS接收機距離地面的高度；