顾及潮族响应关系的GNSS海潮负荷位移反演方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种顾及潮族响应关系的GNSS海潮负荷位移反演方法及系统，包括GNSS动态PPP数据采集与处理，得到潮汐调和分析的输入数据；明确周日半周日潮族响应关系，直接对周日半周日主分潮导纳在频率域进行线性插值而获取小分潮的导纳；构建顾及潮族响应关系的调和分析模型；求解主分潮的待估参数，进而获取调和常数；利用所求周日半周日主分潮的调和常数联合海潮模型估计长周期分潮的调和常数，在进行PPP动态解算时，进行海潮负荷位移修正，进一步提高GNSS定位精度。本发明专利技术利用潮族响应关系进行潮汐调和分析，不仅考虑同潮族其余小分潮影响，还避免了现有交点改正方法所用平衡潮理论值与实际潮汐成分不一致而导致的误差，从而提高GNSS海潮负荷位移反演精度。而提高GNSS海潮负荷位移反演精度。而提高GNSS海潮负荷位移反演精度。

【技术实现步骤摘要】
顾及潮族响应关系的GNSS海潮负荷位移反演方法及系统


[0001]本专利技术属于GNSS高精度定位及其应用领域，在利用高精度GNSS观测值提取海潮负荷信号领域中应用，具体涉及一种顾及潮族响应关系的GNSS海潮负荷位移反演方案。

技术介绍

[0002]在日、月引潮力的作用下，固定地球会产生周期性形变，这一现象称为固体潮，实际海平面也会发生周期性的涨落，即海潮。海潮引起的海水质量重新分布同样会导致固体地球发生弹性形变，称之为海潮负荷效应。低纬度地区测站因固体潮引起的位移变化可高达几十厘米，可根据IERS协议2010对其进行有效改正，精度已达到1mm量级。沿海区域测站海潮负荷效应可达十几厘米，可由海潮模型和格林函数通过离散褶积积分计算改正，但海潮模型在浅海海域与高纬度海域精度欠佳，导致海潮负荷效应改正无法达到mm级精度的需求。因此，如何提高海潮负荷位移计算精度已成为高精度大地测量亟待解决的关键问题。
[0003]随着GNSS技术的不断发展和完善，利用GNSS观测值可以准确反演海潮负荷位移参数已被证实。在静态PPP求解单天解测站坐标等参数时，将8个周日半周日主分潮三维方向的调和常数也作为待估参数一同估计，存在待估参数过多降低解算强度，采样间隔24h容易混叠高频海潮信号等弊端。动态PPP可以逐历元(一般为30s)获取海潮负荷引起的测站位移变化，再通过调和分析估算主要分潮的调和常数。相比于静态估计法，动态估计法能够更加准确地提取海潮负荷信号。
[0004]采用动态PPP获取的测站坐标时间序列的时间跨度一般小于18.61年，在潮汐调和分析中，为了削弱或消除临近频率同一亚群小分潮的影响，通常采用交点改正获取更加准确的8个周日半周日主分潮的调和常数。实际上，中国、欧洲南部沿海等地区观测到的潮汐交点改正与其相应的平衡潮理论值存在一定的差异，可能受浅水区域海底摩擦、辐射潮等因素影响。由此可见，交点改正进行调和分析时在某些特定区域会产生系统性误差，从而直接导致估算的分潮调和常数准确度不足。同时，现有的调和分析方法因GNSS观测时段仅数年甚至更短，也无法直接估算同潮族其余小分潮的调和常数。IERS协议2010推荐的海潮负荷改正方法已考虑周日与半周日潮族共255个、长周期潮族76个小分潮的影响，相关研究表明小分潮会引起沿海或岛屿测站垂向位移变化可达8mm，是否考虑小分潮可能会影响调和分析建模精度。

技术实现思路

[0005]为了能够充分考虑小分潮的影响，并且避免交点改正方法在部分区域存在系统性误差的问题，进一步提高GNSS海潮负荷位移反演精度，本专利技术提出了一种顾及潮族响应关系的GNSS海潮负荷位移反演方法。
[0006]为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用的技术方案是一种顾及潮族响应关系的GNSS海潮负荷位移反演方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，GNSS动态PPP数据采集与处理，包括采集GNSS连续观测站的长期观测数据，
利用精密轨道和钟差产品进行动态PPP解算，解算时未采用海潮负荷位移改正，获取逐历元地心三维坐标时间序列，取平均得到时段解后转化为站心地平坐标时间序列，进行粗差探测与剔除后作为潮汐调和分析的输入数据；
[0008]步骤2，明确周日半周日潮族响应关系，包括直接对周日半周日主分潮导纳在频率域进行线性插值而获取小分潮的导纳；
[0009]步骤3，构建顾及潮族响应关系的调和分析模型，所述顾及潮族响应关系的调和分析模型针对周日半周日主分潮进行调和分析时，在考虑交点改正的影响同时，考虑同潮族其余小分潮的影响；计算出小分潮对主分潮待估参数的累积影响系数，优化观测方程的系数矩阵；
[0010]步骤4，利用最小二乘方法求解主分潮的待估参数，进而获取振幅和格林尼治相位，作为调和常数；
[0011]步骤5，利用所求周日半周日主分潮的调和常数联合海潮模型估计长周期分潮的调和常数，在进行PPP动态解算时，进行海潮负荷位移修正，进一步提高GNSS定位精度。
[0012]而且，步骤1中，将逐历元解取平均得到时段解，取平均得到时段解时，时段为5、10、15、20或30分钟。
[0013]而且，步骤2中，忽略插值方法异同对海潮负荷位移预测结果影响，将三次样条插值方法简化为以下线性关系，
[0014][0015]其中，满足f2>f
x
>f1，表示小分潮频率f
x
位于同潮族相邻两个主分潮f1、f2之间，u1和u2为对应主分潮导纳，u
x
为小分潮导纳(实部或虚部)。
[0016]而且，步骤3中，建立求解主分潮调和常数的观测方程如下，
[0017][0018]其中，Z0为常数项，a为线性趋势项，n表示主分潮个数，参数为第i个分潮对应的Cartwright
‑
Edden振幅的绝对值，V
i
'(t)为第i个分潮t时刻的原始天文相角，分别对周日潮族各个分潮的原始天文相角作加90
°
处理，α
j,i
、β
j,i
为小分潮对第i个主分潮在j方向待估的参数的累积影响系数，R(t)为残差；
[0019]参数u
c
、u
s
分别为主要周日半周日分潮导纳u的实部和虚部。
[0020]另一方面，本专利技术提供一种顾及潮族响应关系的GNSS海潮负荷位移反演系统，用于实现如上所述的一种顾及潮族响应关系的GNSS海潮负荷位移反演方法。
[0021]而且，包括以下模块，
[0022]第一模块，用于GNSS动态PPP数据采集与处理，包括采集GNSS连续观测站的长期观测数据，利用精密轨道和钟差产品进行动态PPP解算，解算时未采用海潮负荷位移改正，获取逐历元地心三维坐标时间序列，取平均得到时段解后转化为站心地平坐标时间序列，进
行粗差探测与剔除，为潮汐调和分析的输入数据；
[0023]第二模块，用于明确周日半周日潮族响应关系，包括直接对周日半周日主分潮导纳在频率域进行线性插值而获取小分潮的导纳；
[0024]第三模块，用于构建顾及潮族响应关系的调和分析模型，所述顾及潮族响应关系的调和分析模型针对周日半周日主分潮进行调和分析时，在考虑交点改正的影响同时，考虑同潮族其余小分潮的影响；计算出小分潮对主分潮待估参数的累积影响系数，优化观测方程的系数矩阵；
[0025]第四模块，用于利用最小二乘方法求解主分潮的待估参数，进而获取振幅和格林尼治相位，作为调和常数；
[0026]第五模块，用于利用所求周日半周日主分潮的调和常数联合海潮模型估计长周期分潮的调和常数，在进行PPP动态解算时，进行海潮负荷位移修正，进一步提高GNSS定位精度。
[0027]或者，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如上所述的一种顾及潮族响应关系的GNSS海潮负荷位移反演方法。
[0028]或者，包括可读存储介质，所述可读本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种顾及潮族响应关系的GNSS海潮负荷位移反演方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，GNSS动态PPP数据采集与处理，包括采集GNSS连续观测站的长期观测数据，利用精密轨道和钟差产品进行动态PPP解算，解算时未采用海潮负荷位移改正，获取逐历元地心三维坐标时间序列，取平均得到时段解后转化为站心地平坐标时间序列，进行粗差探测与剔除后作为潮汐调和分析的输入数据；步骤2，明确周日半周日潮族响应关系，包括直接对周日半周日主分潮导纳在频率域进行线性插值而获取小分潮的导纳；步骤3，构建顾及潮族响应关系的调和分析模型，所述顾及潮族响应关系的调和分析模型针对周日半周日主分潮进行调和分析时，在考虑交点改正的影响同时，考虑同潮族其余小分潮的影响；计算出小分潮对主分潮待估参数的累积影响系数，优化观测方程的系数矩阵；步骤4，利用最小二乘方法求解主分潮的待估参数，进而获取振幅和格林尼治相位，作为调和常数；步骤5，利用所求周日半周日主分潮的调和常数联合海潮模型估计长周期分潮的调和常数，在进行PPP动态解算时，进行海潮负荷位移修正，进一步提高GNSS定位精度。2.根据权利要求1所述顾及潮族响应关系的GNSS海潮负荷位移反演方法，其特征在于：步骤1中，将逐历元解取平均得到时段解，取平均得到时段解时，时段为5、10、15、20或30分钟。3.根据权利要求1所述顾及潮族响应关系的GNSS海潮负荷位移反演方法，其特征在于：步骤2中，忽略插值方法异同对海潮负荷位移预测结果影响，将三次样条插值方法简化为以下线性关系，其中，满足f2>f
x
>f1，表示小分潮频率f
x
位于同潮族相邻两个主分潮f1、f2之间，u1和u2为对应主分潮导纳，u
x
为小分潮导纳(实部或虚部)。4.根据权利要求1或2或3所述顾及潮族响应关系的GNSS海潮负荷位移反演方法，其特征在于：步骤3中，建立求解主分潮调和常数的观测方程如下，其中，Z0为常数项，a为线性趋势项，n表示主分潮个数，参数为常数项，a为线性趋势项，n表示主分潮个数，参数为第i个分潮对应的Cartwright
‑
Edden振幅的绝对值，V
i
'(t)为第i个分潮t时刻的原始天文相角，分别对周日潮族各个分潮的原始天文相角作加90
...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏娜，汪浩，李敏，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：