[發明專利]一種NWP反演對流層延遲改進方法

有效

• 申請號: 202011080617.0
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112034490B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 徐瑩;劉國林;李雷;劉凡;鄭志浩;李國逢
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01S19/07
• 分類號: G01S19/07
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種NWP反演對流層延遲的改進方法，具體包括：1獲取全球范圍內國際GNSS服務(IGS)提供的部分測站的高精度ZTD數據，記做IGS_ZTD；2在歐洲中尺度天氣預報中心再分析資料ERA?Interim產品中，獲取相應測站區域連續一年的分層氣象數據，包括氣壓、溫度、相對濕度、比濕和重力位勢；3獲取NWP數據后，首先需要對NWP數據中的重力位勢參數進行初步處理，將其最終轉化為大地高；4利用相關氣象數據和新的積分法反演得到作業區域格網點的ZTD，記做NWP_ZTD；5計算出測站周圍格網點在測站所在高度上的ZTD后，通過相關插值方法內插出測站點的ZTD。本發明的方法反演對流層延遲精度明顯提高，可將其應用于GNSS高精度定位中，且可適用于全球范圍。

技術領域

本發明涉及一種NWP反演對流層延遲的改進方法，屬于全球衛星導航與定位技術領域。

背景技術

全球衛星導航系統(Global Navigation Satellite System，GNSS)中的對流層延遲通常是泛指電磁波信號在通過高度為50km以下的未被電離的中性大氣層時所產生的信號延遲。對流層延遲是影響GNSS導航定位精度的主要誤差源之一。研究表明，天頂方向的對流層延遲(Zenith Tropospheric Delay，ZTD)約為2.3m，衛星高度角越低，其延遲量會逐漸增加，當衛星高度角為10°時，延遲量可達20m。

總結起來，GNSS數據處理的現有技術中有四種方法可用來削弱對流層延遲，分別為：模型改正法、差分法、參數估計法和利用外部數據方法。模型改正法常用的模型有Saastamoinen、Hopfield和Black等，使用方便但精度較低。差分法常用于GNSS中短基線的相對定位，但不能應用于絕對定位和長距離基線網絡RTK(Real-time kinematic，RTK)。參數估計法是一種較為精確的方法，在數據處理中，將天頂濕延遲或者改正后的天頂延遲殘差作為待定參數，隨其他未知參數一起求解，但是這種方法需要較長時間的觀測才能實現收斂。隨著氣象觀測的數值預報資料精度的提高，利用數值天氣預報(Numerical WeatherPrediction，NWP)模型的再分析或預報數據可反演較高精度的對流層延遲，一般能滿足米級GNSS導航定位的要求。

陳欽明等在亞洲地區ECMWF/NCEP資料計算ZTD的精度分析，地球物理學報,2012,55(05):1541-1548，指出了在亞洲地區利用NWP再分析資料計算ZTD的平均殘差和均方根誤差(Root Mean Square Error,RMSE)分別為-10.0和27.0mm，而且隨著測站緯度的增加RMSE有逐漸減小的趨勢。研究表明，在低緯度地區，由于其水汽含量較中高緯度地區豐富且靠近赤道，常年高溫，大氣運動和對流層效應較為劇烈，導致反演的ZTD精度較差，要實現提高全球范圍實時精密單點定位(Precise Point Positioning,PPP)或長距離基線網絡RTK的精度，需要進一步提高相應地區ZTD的反演精度，針對這一問題，目前還未有切實可行的方法。

發明內容

本發明的目的在于，為提高衛星定位精度，對GNSS一項重要的誤差源對流層延遲的反演方法進行改進，提供了一種NWP反演對流層延遲的改進方法，用于解決現有的NWP反演對流層延遲估計方法精度不足的技術問題。

為了解決背景技術所存在的問題，本發明提出了一種NWP反演對流層延遲的改進方法，包括以下步驟：

步驟1：參考資料獲取。獲取全球作業區域國際GNSS服務(International GNSSService，IGS)測站提供的高精度ZTD數據，記做IGS_ZTD，剔除粗差及IGS_ZTD數據缺失嚴重的測站，IGS_ZTD數據可在IGS官網下載。

步驟2：NWP數據獲取。在歐洲中尺度天氣預報中心(European Centre forMedium-Range Weather Forecasts,ECMWF)再分析資料ERA-Interim產品中，獲取該區域與步驟1同年的連續一年的分層氣象數據，氣象參數包括氣壓、溫度、相對濕度及重力位勢。