面向实时对流层天顶延迟的点面转换方法及系统

本发明涉及导航定位服务领域，具体涉及面向实时对流层天顶延迟的点面转换方法及系统。

背景技术：

1、ztd是描述对流层对无线电信号行进影响的常用参数。高精度的ztd信息不仅可以消除基于无线电信号的观测系统中的大气层延迟，而且能够反映对流层的状态。在目前的ztd快速反演技术中，最便捷的手段是直接应用经验模型。它解决了再分析数据集数据量大和发布延迟的难题，超快速估计出建模区域内任意位置和时刻的ztd值。但是忽略了大气非线性效应，质量不足以满足高精度应用的需求。另外一种技术就是具有高精度和高时间分辨率优势的gnss（global navigation satellite system，全球卫星导航系统），实时模式下能够精确的估计空间分布离散的ztd值。可是精细的高空间分辨率ztd图需要依赖点面转换的再处理方法。

2、无论是简单的插值还是依赖高程的拟合，现有的ztd点转面的再处理方法受到ztd估计精度和gnss站点密度的限制。尽管近年建设了越来越多的连续gnss网,但稀疏站点一直是困扰实时对流层天顶延迟点面转换的难题，特别是在地形高度变化的区域。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：如何在实现对流层天顶延迟快速点转面的同时，保障精细ztd产品的高精度可用。

2、为达到以上目的，本技术实施例提供一种面向实时对流层天顶延迟的点面转换方法，该方法包括以下步骤：在实际gnss站点之间，设立若干基本均匀分布的虚拟gnss站点；根据每个gnss站点相邻格网点在指定高度下的zd值，确定每个gnss站点的经验ztd值，根据所有实际gnss站点的经验ztd值和ztd值，得到表示ztd残差与位置信息的ztd残差模型；根据ztd残差模型对每个虚拟站点的经验ztd值进行修正后得到每个虚拟gnss站点的ztd值；根据每个有效gnss站点ztd值，确定点转面待解系数。

3、结合第一方面，在一种实施方式中，所述zd值包括zhd值和zwd值；zhd和zwd的计算公式均为：

4、

5、其中z表示zhd或zwd，doy表示年积日,表示年份，h表示需要计算的gnss站点的高度，表示需要计算的格网点的高度；表示zhd或zwd的已经公开的模型系数。

6、结合第一方面，在一种实施方式中，所述每个gnss站点的经验ztd值的计算过程包括：将每个格网点的zhd值和zwd值相加，得到该格网点的ztd值，将需要计算的gnss站点的相邻格网点的ztd值通过双线性插值得到对应需要计算的gnss站点的经验ztd值。

7、结合第一方面，在一种实施方式中，所述根据所有实际gnss站点的经验ztd值和ztd值，得到表示ztd残差与位置信息的ztd残差模型的过程包括：计算每个实际gnss站点的经验ztd值和ztd值的ztd差值，将所有实际gnss站点的ztd差值组成ztd残差，将ztd残差代入最佳拟合算法得到表示ztd残差与位置信息的ztd残差模型。

8、结合第一方面，在一种实施方式中，所述将ztd残差代入最佳拟合算法得到表示ztd残差与位置信息的ztd残差模型的具体过程为：

9、构建最佳拟合计算公式：

10、

11、其中为拟合参数，此处具体代表ztd残差；表示球冠坐标；表示地球的径向距离；表示scha模型的度数，表示 scha模型的阶数，n为最大度数；和为scha模型的常数项；是scha模型的待解系数；

12、

13、，（b，）表示大地坐标的经度和纬度，()代表球冠极点的大地坐标；

14、

15、

16、其中表示地球的平均半径；是连带勒让德函数；

17、；

18、其中表示超几何函数；表示归一化因子，

19、

20、

21、将最佳拟合计算公式变换为矩阵形式：，展开为：

22、

23、表示拟合的样本数量，m和x表示scha常数项和系数；

24、根据ztd残差和已知的位置信息，计算待解系数x，计算公式为：。

25、结合第一方面，在一种实施方式中，所述点转面待解系数x的计算公式为：

26、

27、其中v为上文所述拟合参数，此处代表ztd，r表示实际gnss站点的ztd值，f代表虚拟gnss站点的ztd值，p为虚拟ztd和gnss ztd的权重；;其中rmse代表实际gnss站点的虚拟ztd值的均方根误差；

28、；表示实际gnss站点的虚拟ztd值，表示实际gnss站点的ztd值；每个实际gnss站点的虚拟ztd值为该实际gnss站点经验ztd值，与该经验ztd值对应的ztd改正值之和，ztd改正值根据所述ztd残差模型计算得到。

29、结合第一方面，在一种实施方式中，根据ztd残差模型对每个虚拟站点的经验ztd值进行修正后得到每个虚拟gnss站点的ztd值的流程包括：通过ztd残差模型计算与每个虚拟gnss站点的经验ztd值对应的ztd改正值，每个虚拟gnss站点的ztd值为该虚拟gnss站点的经验ztd值与ztd改正值之和。

30、结合第一方面，在一种实施方式中，所述基本均匀分布的定义为：相邻gnss站点间距为a1~b1，a1为实际gnss站点之间的距离最小值，b1为实际gnss站点之间的距离最大值；相邻gnss站点间距之间的误差为a1-；虚拟gnss站点与实际gnss站点的数量差为实际gnss站点总数量的10%；

31、所述在实际gnss站点之间，设立若干基本均匀分布的虚拟gnss站点的流程包括：选取与1个gnss实际站点相邻的gtrop建模数据中的格网点，将该gnss实际站点与选取的格网点的间距确定为站点间距；判断是否存在与实际gnss站点间距匹配的gtrop建模数据中的格网点，若是，则将该格网点作为虚拟gnss站点，若不是则根据确定的站点间距，在gnss站点周围设立虚拟gnss站点。

32、结合第一方面，在一种实施方式中，所述有效gnss站点的确定流程包括：计算每个gnns站点的值，，其中a和b是模型的系数；将每个gnns站点的值，减去ztd值得到该gnss站点的ztd差值；将所有gnss站点的ztd差值形成差值、并按指定顺序组成差值序列，删除差值序列中最大1~3%和最小1~3%的ztd差值对应的gnss站点。

33、第二方面，本技术实施例提供一种实时对流层天顶延迟的点面转换系统，其特征在于：该系统用于实现第一方面所述的方法。

34、与现有技术相比，本发明的优点在于：

35、本发明通过实际gnss站点校正经验模型的策略建立虚拟gnss站点，根据虚拟gnss站点联合实际gnss站点进行ztd的点转面。相比于只使用实际gnss站点的ztd点转面，增加虚拟gnss站点的ztd点转面精度会显著提高；与此同时，本发明还充分考虑了ztd和gnss站点高度的耦合性，以此实现了在对流层天顶延迟快速点转面的同时，保障精细ztd产品的高精度可用。