全球卫星导航系统对流层天顶延迟修正的方法
【专利摘要】本发明公开了一种全球卫星导航系统对流层天顶延迟修正方法，涉及卫星导航应用中无线电信号的对流层天顶延迟修正技术。该方法包含下列步骤：（1）全球对流层天顶延迟原始数据库的建立，（2）全球对流层天顶延迟数据库的建立，（3）简化网格及全球对流层天顶延迟简化数据库的建立，（4）对流层天顶延迟年均值和年变化幅度的计算，（5）全球对流层天顶延迟修正参数表的存储，（6）接收机端对流层天顶延迟的修正。本发明的优点在于：充分顾及了全球对流层天顶延迟精细的空间与时间变化，采用较为简单的计算公式以及优化合理的空间网格和参数表存储方法，使该修正方法具有高精度、运算简便效率高等特点，同时还降低了对接收机端存储空间的要求。
【专利说明】全球卫星导航系统对流层天顶延迟修正的方法 【技术领域】[0001]本发明涉及无线电信号的对流层天顶延迟修正，尤其涉及全球卫星导航系统的对 流层天顶延迟修正技术。【背景技术】[0002]全球卫星导航系统(GlobalNavigationSatelIiteSystem),简称GNSS,其工作原 理为:距离地球表面2?4万公里在轨连续运行的多颗卫星不间断地发送L波段的无线电 信号，经过地球大气层(包括电离层和中性大气)到达地面被GNSS接收机捕获，通过对捕获 的信号进行处理和测量可用于导航、定位和授时等。目前，全球卫星导航系统主要包括:美 国的GPS，俄罗斯的GL0NASS，以及正在建设的欧盟的GALILEO和中国的北斗系统。[0003]无线电信号穿过中性大气将产生2米(天顶方向)至20多米(接近地面方向)的信 号延迟，由于大部分延迟发生在对流层范围内因而称之为对流层延迟。对流层延迟是卫星 导航定位技术的主要误差源之一，在高精度卫星导航定位尤其是实时应用中，必须采用对 流层延迟修正技术削弱其影响，以提高定位精度。对流层延迟修正技术一般将对流层延迟 表征为天顶延迟与投影函数的乘积。本发明主要针对对流层天顶延迟修正技术。目前，国内 外主要的对流层天顶延迟修正技术为:基于传统的Hopfield、Sastamoninen等模型的修正 技术，修正后残差的精度约为分米-厘米级，但计算时需要实测气象参数，不利于实时导航 应用；广泛用于全球各增强卫星导航系统的EGNOS等模型的修正技术，其采用大气参数表 估算测站上的气象参数，应用较为方便，全球平均修正精度约为5.4厘米。但EGNOS等技术 仅能模拟对流层天顶延迟的经向变化，因而在部分区域尤其是南半球修正精度较低(平均 误差大于10厘米)，无法完全满足高精度GNSS应用需求；基于IGGtrop模型的对流层天顶 延迟修正技术(李薇，袁运斌，欧吉坤等，全球对流层天顶延迟模型IGGtrop的建立与分析。 《科学通报》，2012，第57卷(第15期):1317?1325)，该方法基于三维均匀空间网格能描述 全球对流层天顶延迟精细的空间变化，在全球范围内具有较为一致的修正效果，平均修正 精度约为4.0厘米。但是IGGtrop方法也存在一些明显的问题，例如，它在赤道地区考虑了 对流层天顶延迟细致的季节变化，算法较为复杂，但并未带来明显的精度改善。IGGtrop方 法的三维空间网格未能依据对流层天顶延迟的空间特征而设计，而是简单地采用全球均匀 的格点间距，从而造成了大量参数浪费，并导致参数表参数量多、存储空间较大和计算效率 较低，不利于实际导航定位应用。此外，IGGtrop修正技术目前采用浮点型的参数存储方法， 存储效率也比较低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是:提供一种全球卫星导航系统对流层天顶延迟修正方法。该方法 通过有效的对流层天顶延迟时变特征参数选取(对流层天顶延迟年均值和年变化幅度)和 合理的空间网格设计及参数存储方法，利用较为简单的算法和适量的参数即可较好地表征 全球对流层天顶延迟精细的空间和时间变化规律，在全球各地区都显示出较高的修正精度，具有良好的应用功能，从而较好地解决了全球卫星导航系统对流层延迟修正的技术问题。[0005]为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案:[0006]全球卫星导航系统对流层天顶延迟修正的方法，该方法包含以下步骤:[0007]a、全球对流层天顶延迟原始数据库的建立[0008]NCEP全球再分析大气资料将大气空间划分为纬度2.5度X经度2.5度X高度的三维网格，该网格在高度上为17个等压面，并提供上述每个三维网格的高度、大气压强、温度及相对湿度的数据；[0009]由每个三维网格的相对湿度，通过下面公式计算得到该网格的水汽压:[0010]es = exp (-37.2465+0.213166T-0.000256908T2) (I)[0011]e = 0.01.RH.es (2)[0012]其中:es为饱和水汽压，单位:百帕hPa，RH为相对湿度，T为绝对温度K，e为水汽压，单位:百帕;[0013]再由下式计算得到该网格的大气折射率N:
【权利要求】
1.全球卫星导航系统对流层天顶延迟修正的方法，其特征在于，该方法包含以下步骤:a、全球对流层天顶延迟原始数据库的建立NCEP全球再分析大气资料将大气空间划分为纬度2.5度X经度2.5度X高度的三维网格，该网格在高度上为17个等压面，并提供上述每个三维网格的高度、大气压强、温度及相对湿度的数据；由每个三维网格的相对湿度，通过下面公式计算得到该网格的水汽压: es = exp (-37.2465+0.213166T-.0.000256908T2) (I) e = 0.01.RH.es (2)其中:es为饱和水汽压，单位:百帕hPa，RH为相对湿度，T为绝对温度K，e为水汽压， 单位:百帕;再由下式计算得到该网格的大气折射率N:
【文档编号】G01S19/07GK103558609SQ201310552548
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】袁运斌, 李薇, 欧吉坤, 张宝成, 李子申 申请人:中国科学院测量与地球物理研究所