一种提高对流层天顶延迟估计精度的方法与流程

本发明涉及导航定位，尤其涉及一种提高对流层天顶延迟估计精度的方法。

背景技术：

1、对流层天顶延迟是影响gnss高精度定位的关键因素之一，忽视其2m多的误差会直接影响定位结果。此外，甚长基线干涉测量、星载多普勒定轨定位系统以及合成孔径雷达干涉等技术也受到了对流层延迟的影响，目前削弱对流层延迟误差应用最广泛的方法就是建立高精度的对流层天顶延迟模型。

2、通常根据模型是否需要实时气象参数，对流层天顶延迟模型分为基于实测气象参数的对流层天顶延迟模型和无需实测气象参数的对流层天顶延迟经验模型。对于基于实测气象参数的对流层天顶延迟模型，温度，压力和水汽压等都是使用过程中不可或缺的重要参数。

3、然而实际工作中，很多时候都无法实时获取气象参数，进而导致基于实测的模型无法广泛应用；当前已经建立无需实测气象参数的大量区域经验模型，且经过验证发现其精度并不低于基于实测气象参数的模型。但经验模型的精度也并非不具有提升空间，如何基于经验模型提高对流层天顶延迟估计精度，已经是实现快速定位、提高定位效率的关键所在。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种提高对流层天顶延迟估计精度的方法，在gpt2w模型的基础上进行改进，建立了高精度的单站点对流层天顶延迟经验模型，通过联合gnss实测信号解算的毫米级对流层天顶延迟数据，确保经验改进模型的精度和可靠性。

2、本发明是通过如下技术方案实现的：一种提高对流层天顶延迟估计精度的方法，包括如下步骤：

3、s1、针对gnss实测信号进行对流层天顶延迟解算，将计算结果作为对流层天顶延迟的参考值，记为ztdgnss；

4、s2、gpt2w模型的对流层天顶延迟计算，gpt2w模型提供1°和5°两种分辨率的网格化参数信息文件，具体如下：

5、s21、根据gpt2w模型提供的网格化参数信息文件计算站点位置气象参数；

6、s22、结合saastamoinen模型和askne and nordius模型并代入所述站点位置气象参数，分别计算天顶干延迟zhd和天顶湿延迟zwd；

7、s23、计算gpt2w模型对流层天顶延迟ztdgpt2w，ztdgpt2w＝zhd+zwd；

8、s3、基于模型误差补偿的思想，根据已有的站点数据，计算对流层天顶延迟残差dztd：

9、dztd＝ztdgnss-ztdgpt2w；

10、s4、分析对流层天顶延迟残差序列中的周期信号后，构建考虑年、半年和季节周期项的残差周期模型dztdmodel，利用最小二乘法对模型中的未知参数进行估计；

11、s5、构建对流层天顶延迟经验改进模型ztdmodel：ztdmodel＝ztdgpt2w+dztdmodel。

12、进一步，所述dztdmodel具体为：

13、

14、其中：a0为对流层天顶延迟残差dztd的平均值；a1～a4和分别代表年、半年以及120天和90天的振幅系数及初始相位。

15、进一步，所述s1具体为：通过高精度解算软件进行对流层延迟的解算，对于gnss观测的实际接收信号，以仿实时/事后ppp处理，即使用igs记录的轨道和时钟产品，估算得到的对流层天顶延迟作为对流层延迟的参考值ztdgnss，具体处理策略可根据实际观测情况。

16、进一步，所述s21具体为：

17、s211、首先确定站点位置周围的四个格网点，根据所述网格化参数信息文件获取格网点高度的气象参数；

18、s212、通过计算将所述格网点高度的气象参数垂直修正至站点高度；

19、s213，利用双线性插值法在水平方向将四个所述网点高度的气象参数插值到站点位置；

20、s214，经过计算后得到所述站点位置的气象参数，包括p、e、tm、λ分别表示气压、水汽压、加权平均温度与水汽递减因子。

21、进一步，所述s212的具体计算公式为：

22、tv＝t0*(1+0.6077q)

23、e0＝q*p0/(0.622+0.378*q)

24、

25、t＝t0+dt*(h-h0)

26、e＝e0(p*100/p0)λ+1

27、其中，p0、e0、t0分别表示格网点高度的气压、水汽压和温度，q为比湿度；p,t和e分别表示站点高度的气压、温度和水汽压；dt表示温度递减率；gm表示重力，取值为9.80665m/s2；tv表示虚温；dm和rg分别表示干空气的摩尔质量，值分别为28.965×10-3kg/mol和8.3143j/k/mol。

28、进一步，基于saastamoinen模型计算所述天顶干延迟zhd，公式如下：

29、

30、其中：h分别表示站点纬度和大地高；p表示地表气压。

31、进一步，根据askne and nordius模型计算所述天顶湿延迟zwd，公式如下：

32、

33、其中：k'2、k3、rd均为模型公式中的常数。

34、一种高精度对流层天顶延迟测量系统，包括基于权利要求1～7任意一个所述的提高对流层天顶延迟估计精度的方法所构建的对流层天顶延迟经验改进模型ztdmodel。

35、本发明的有益效果为：本发明构建了高精度的单站点对流层天顶延迟经验模型，通过联合gnss实测信号解算的毫米级对流层天顶延迟数据，确保经验改进模型的精度和可靠性；相比gpt2w模型有效提高了计算精度，对提高gnss定位精度尤其是高程方向的定位精度具有重要的实际工程应用价值；可以提高定位效率，有效降低定位过程中估计对流层延迟带来的收敛时间。

技术特征：

1.一种提高对流层天顶延迟估计精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的提高对流层天顶延迟估计精度的方法，其特征在于，所述dztdmodel具体为：

3.根据权利要求1所述的提高对流层天顶延迟估计精度的方法，其特征在于，所述s1具体为：通过高精度解算软件进行对流层延迟的解算，对于gnss观测的实际接收信号，以仿实时/事后ppp处理，估算得到的对流层天顶延迟作为对流层延迟的参考值ztdgnss。

4.根据权利要求1所述的提高对流层天顶延迟估计精度的方法，其特征在于，所述s21具体为：

5.根据权利要求4所述的提高对流层天顶延迟估计精度的方法，其特征在于，所述s212的具体计算公式为：

6.根据权利要求4所述的提高对流层天顶延迟估计精度的方法，其特征在于，基于saastamoinen模型计算所述天顶干延迟zhd，公式如下：

7.根据权利要求4所述的提高对流层天顶延迟估计精度的方法，其特征在于，根据askne and nordius模型计算所述天顶湿延迟zwd，公式如下：

8.一种高精度对流层天顶延迟测量系统，其特征在于，包括基于权利要求1～7任意一个所述的提高对流层天顶延迟估计精度的方法所构建的对流层天顶延迟经验改进模型ztdmodel。

技术总结
本发明提供了一种提高对流层天顶延迟估计精度的方法，属于导航定位技术领域。其技术方案为：一种提高对流层天顶延迟估计精度的方法，包括针对GNSS实测信号计算结果作为对流层天顶延迟的参考值，记为ZTD<subgt;GNSS</subgt;；基于GPT2w模型估算对流层天顶延迟ZTD<subgt;GPT2w</subgt;；根据已有的站点数据，计算对流层天顶延迟残差dZTD；分析对流层天顶延迟残差序列中的周期信号后，构建考虑年、半年和季节周期项的残差周期模型dZTD<subgt;model</subgt;；构建对流层天顶延迟经验改进模型ZTD<subgt;model</subgt;：ZTD<subgt;model</subgt;＝ZTD<subgt;GPT2w</subgt;+dZTD<subgt;model</subgt;。本发明的有益效果为：相比GPT2w模型有效提高了计算精度，可以提高定位效率，有效降低定位过程中估计对流层延迟带来的收敛时间。

技术研发人员：齐静静,刘佳林,李家宁,刘福兴,徐兴雨,侯增鹏,张乐,史小东,孙晨,王婷婷,徐涛,张凤
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11