[發(fā)明專利]一種利用GNSS大氣掩星彎曲角數(shù)據(jù)反演對流層頂參數(shù)的方法

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• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111323797A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 白偉華;孫越強;劉梓琰;杜起飛;劉黎軍;李偉;王先毅;蔡躍榮;曹光偉;夏俊明;孟祥廣;柳聰亮;趙丹陽;尹聰;胡鵬;王冬偉;劉成;吳春俊;李福;喬顥;程雙雙;朱光武
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心
• 主分類號: G01S19/39
• 分類號: G01S19/39
• 代理公司: 北京方安思達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

本發(fā)明公開了一種利用GNSS大氣掩星彎曲角數(shù)據(jù)反演大氣對流層頂參數(shù)的方法，包括：獲取GNSS掩星彎曲角數(shù)據(jù)并進行預(yù)處理；對預(yù)處理后的GNSS掩星彎曲角數(shù)據(jù)進行截斷；對截斷后的GNSS掩星彎曲角廓線取自然對數(shù)，使之成為近似線性的隨碰撞高度減小而增大的曲線；將對數(shù)化GNSS掩星彎曲角進行協(xié)方差變換，得到協(xié)方差(CT)廓線；尋找CT廓線的最大極大值，若該值大于第一閾值；則該點的碰撞高度為對流層頂高度，否則，尋找CT曲線的次大極大值，若該值大于第二閾值，則該點的碰撞高度為對流層頂高度，否則，放棄使用該CT廓線。本發(fā)明的方法直接從GNSS大氣掩星一級產(chǎn)品彎曲角廓線直接反演獲取對流層頂高度，能夠保證高精度對流層頂參數(shù)反演的前提下，提高了運算速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大氣科學(xué)研究領(lǐng)域，具體是一種利用GNSS大氣掩星彎曲角數(shù)據(jù)反演對流層頂參數(shù)的方法。

背景技術(shù)

大氣對流層頂高度是一項重要的大氣參數(shù)，目前可以通過GNSS大氣掩星探測技術(shù)進行探測。GNSS大氣掩星由于有高全球覆蓋率、高垂直分辨率、長期穩(wěn)定的特點，十分契合對流層頂參數(shù)的數(shù)值特性。目前，GNSS掩星數(shù)據(jù)包括一級產(chǎn)品彎曲角和基于一級產(chǎn)品再反演獲取的二級產(chǎn)品溫度等。基于GNSS大氣掩星反演對流層頂參數(shù)(包括對流層頂高度和溫度)主要有以下兩種方法：

(1)溫度遞減率法：利用GNSS掩星數(shù)據(jù)反演得到的大氣溫度廓線數(shù)據(jù)，計算溫度遞減率廓線，即溫度廓線的梯度，隨后由下至上尋找最低的點，其溫度遞減率大于-2K/km，且自該點起向上2km內(nèi)的平均溫度遞減率大于-2K/km，把滿足該情況的點的海拔判斷為對流層頂高度，該高度對應(yīng)的溫度為對流層頂溫度。

但是，由于從一級產(chǎn)品彎曲角廓線反演得到二級產(chǎn)品溫度廓線需要基于例如大氣球?qū)ΨQ，靜力學(xué)平衡等假設(shè)，并且不同機構(gòu)使用的反演方法也不相同，因此利用二級產(chǎn)品溫度廓線反演對流層頂高度會帶來較大誤差。

(2)一般彎曲角協(xié)方差變換法：該方法利用GNSS掩星彎曲角數(shù)據(jù)直接反演對流層頂高度。首先將彎曲角廓線取自然對數(shù)，得到彎曲角自然對數(shù)廓線。對整條彎曲角自然對數(shù)廓線進行協(xié)方差變換。彎曲角自然對數(shù)廓線經(jīng)過協(xié)方差變換后的極大值的碰撞高度，即為對流層頂高度。

該方法的優(yōu)勢在于，GNSS彎曲角參數(shù)屬于大氣掩星一級數(shù)據(jù)產(chǎn)品，不需要任何物理假設(shè)，所以由彎曲角直接獲取對流層頂相關(guān)參數(shù)可以避免從一級數(shù)據(jù)彎曲角反演二級數(shù)據(jù)溫度產(chǎn)品時各種假設(shè)引入的反演誤差，從而提高反演對流層頂各參數(shù)。但是，相比于溫度遞減率法，該方法的計算效率十分低下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述兩種方法的不足，其中，溫度遞減率法的反演誤差大；一般彎曲角協(xié)方差變換法的計算量大，運行時間長；本發(fā)明提出了一種利用GNSS大氣掩星彎曲角數(shù)據(jù)反演對流層頂參數(shù)的方法，其基于改進的協(xié)方差變換方法，改變了積分上限，在保持反演精度的基礎(chǔ)上減低了計算量，具有方法簡單、快速、結(jié)果精度高等特點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種利用GNSS大氣掩星彎曲角數(shù)據(jù)反演大氣對流層頂參數(shù)的方法，所述方法包括：

獲取GNSS掩星彎曲角數(shù)據(jù)并進行預(yù)處理；

對預(yù)處理后的GNSS掩星彎曲角數(shù)據(jù)進行截斷；

對截斷后的GNSS掩星彎曲角廓線取自然對數(shù)，使之成為近似線性的隨碰撞高度減小而增大的曲線；

將對數(shù)化GNSS掩星彎曲角進行協(xié)方差變換，得到協(xié)方差(CT)廓線；

尋找CT廓線的最大極大值，若該值大于第一閾值；則該點的碰撞高度為對流層頂高度，否則，尋找CT曲線的次大極大值，若該值大于第二閾值，則該點的碰撞高度為對流層頂高度，否則，放棄使用該CT廓線。

作為上述方法的一種改進，所述獲取GNSS掩星彎曲角數(shù)據(jù)并進行預(yù)處理；具體為：