[发明专利]全球卫星导航系统对流层天顶延迟修正的方法

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。

主权项

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×经度2.5度×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：e_s＝exp(-37.2465+0.213166T-0.000256908T²)   （1）e＝0.01·RH·e_s   （2）其中：e_s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：N=k1(P-e)T+k2eT+k3eT2---(3)]]>式中P为大气压强，单位：百帕，参数k₁=77.604K/hPa，k₂=64.79K/hPa，k₃=377600.0K²/hPa；对大气折射率在高度上积分得到该网格的对流层天顶延迟：ZTD=10-6∫h0Ndh---(4)]]>式中ZTD为对流层天顶延迟，单位：mm，h为海拔高度，单位：mm，h₀为网格所在高度，单位：mm；由上述计算得到与NCEP全球再分析大气资料的大气空间网格一致的对流层延迟资料，形成全球对流层天顶延迟原始数据库；b、全球对流层天顶延迟数据库的建立将大气空间再划分为纬度×经度×高度的新三维网格，水平网格采用步骤a的纬度2.5度×经度2.5度，三维网格的高度分别为0,1,2,3,4,5,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24km；将全球对流层天顶延迟原始数据库中的数据在高度上通过样条插值，得到新三维网格上的对流层天顶延迟；这些数据构成新三维网格上的全球对流层天顶延迟数据库；c、简化网格及全球对流层天顶延迟简化数据库的建立根据全球对流层天顶延迟的空间变化特征将大气空间划分为简化的空间网格，即简化网格；简化网格的高度与步骤b中三维网格的高度一致；在海拔高度小于或等于6km，且纬度位于南纬40度和北纬60度之间的区域，简化网格在纬度和经度方向的格点间距均为2.5度；在海拔高度小于或等于6km，且纬度位于南纬40度以南或北纬60度以北的区域，简化网格在纬度方向的格点间距为2.5度、在经度方向的格点间距为10度；在海拔高度大于6km的区域，简化网格采用纬度×高度的二维网格，在纬度方向的格点间距为2.5度；简化网格的纬度、经度和高度的网格点位置与步骤b中三维网格的相应位置重叠；对于海拔高度小于或等于6km的区域，简化网格中的数据采用与步骤b中全球对流层天顶延迟数据库对应的三维网格数据；对于海拔高度大于6km的区域，简化网格中各二维网格点的数据采用步骤b中全球对流层天顶延迟数据库数据在经度上的平均值；简化网格的数据构成全球对流层天顶延迟简化数据库；d、对流层天顶延迟年均值及年变化幅度的计算模拟对流层天顶延迟时变规律的关键参数为：对流层天顶延迟的年均值和年变化幅度；对于简化网格的一个网格点，首先选取全球对流层天顶延迟简化数据库在该网格点上数年的对流层天顶延迟数据；然后对这些数据取平均，得到对流层天顶延迟的年均值；最后，利用公式（5）对数年的对流层天顶延迟数据进行最小二乘拟合计算，得到对流层天顶延迟的年变化幅度，该结果与对流层天顶延迟数据的时间变化规律最为匹配；对全球对流层天顶延迟简化数据库每个网格上的数据均进行上述计算；（5）式中为纬度，单位：度；λ为经度，单位：度；h为高度，单位：km；t为年积日；ZTD为对流层天顶延迟，单位：mm；meanZTD为对流层天顶延迟的年均值，单位：mm；ampZTDλ,h)为对流层天顶延迟的年变化幅度，单位：mm；D表示对流层天顶延迟达到年度峰值的年积日，在北半球D=211,在南半球D=28；得到简化网格上的对流层天顶延迟年均值及年变化幅度后，由公式（5）即可计算一年中任意日期的对流层天顶延迟；e、全球对流层天顶延迟年均值及年变化幅度的存储步骤d得到的简化网格各个网格点上的对流层天顶延迟年均值及年变化幅度均为单精度浮点型数据，将所有数据乘以10后四舍五入取整，然后采用2字节的整型数据存储，形成对流层参数表文件；f、接收机端对流层天顶延迟的修正将对流层参数表文件内的数据除以10后得到对流层天顶延迟年均值及年变化幅度表；根据接收机的经、纬度坐标确定所在简化网格的水平网格点，查表获取该水平网格点上所有高度层的对流层天顶延迟年均值及年变化幅度，和观测日期一起代入（5）式计算该水平网格点上所有高度层的对流层天顶延迟，然后在高度上做样条插值得到接收机所在高程上的对流层天顶延迟修正量。