一种顾及非各向同性的水平方向对流层延迟分类方法技术

本发明专利技术属于全球卫星导航与定位技术领域，具体公开了一种顾及非各向同性的水平方向对流层延迟分类方法。该方法包括如下步骤：估计待分类的高度角范围内各高度角处不同方位角的对流层延迟数据；根据对流层延迟数据估计各高度角处不同方位角的非各向同性值；结合各高度角处的对流层延迟的中误差，基于IGG

【技术实现步骤摘要】
一种顾及非各向同性的水平方向对流层延迟分类方法


[0001]本专利技术属于全球卫星导航与定位
，特别涉及一种顾及非各向同性的水平方向对流层延迟分类方法。

技术介绍

[0002]对流层延迟是指电磁波信号穿透中性大气层时速度和路径均发生改变的效应，是全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）高精度导航定位的重要误差源之一。高精度对流层延迟的估计对精密定位、GNSS气象学等具有重要意义。一般地，参考站天顶方向的对流层延迟称为天顶对流层延迟（ZenithTropospheric Delay, ZTD），其余方向则称为对流层斜延迟（Slant Path Delay，SPD）。在GNSS数据处理中，SPD一般由ZTD乘以映射函数获得。其中对流层延迟映射函数是提高GNSS对流层延迟估计精度的一个关键因素，映射函数的作用是将ZTD和任意方向的SPD联系起来，达到简化计算的目的。
[0003]NMF、GMF模型以及VMF系列模型，是目前使用范围最广、精度最高的对流层映射函数模型。上述模型建模依据是气象元素有关方位角对称原则，即此类模型都是在对流层各向同性的基础上建立的。然而由于大气是流动的，水汽运动也存在高时空变化特性，SPD会随着方位角的不同而变化，即在测站上空不同方向上的对流层延迟会有差异。可见，利用映射函数估计对流层延迟的方案，忽略了对流层延迟在不同水平方向的差异。
[0004]在高精度定位算法处理中，一般引入水平梯度项来修正映射函数因忽略了不同方位角对流层延迟的差异造成的误差。但水平梯度改正的实质是简单的认为大气是各向异性的，将SPD在方位角域的一阶傅里叶级数展开，忽略高阶项，然后利用参数估计法解算出东西方向和南北方向上的各向异性分量，并乘以相应的水平梯度映射函数来获取各向异性值。利用映射函数与水平梯度函数相结合的方法估计对流层延迟，虽然考虑了对流层延迟在不同水平方向的差异，然而与对流层延迟在水平方向的实际特征不相符。
[0005]可见，各向同性和各向异性均不能精确的表示对流层延迟在水平方向的实际特征。
[0006]在本专利技术出现之前，还曾提出一种利用积分法（射线追踪法）估计高精度的对流层延迟的方法。该方法基于NWP资料，采用射线追踪法估计了BJFS站2018年DOY196 UTC18时的某高度角下所有方位角的SPD，并将该SPD与该高度角下各方位角对应的SPD平均值做差，其中，方位角180
ꢀ‑
360
ꢀ°
下的SPD值相似，但方位角30
ꢀ‑
150
ꢀ°
下的SPD值有明显差异，不同方位角对应的SPD最大值与最小值之差最大可达15 cm，且高度角越低，差值越大。由此可知，在大气的流动性及水汽运动的高时空变化特性条件下，对流层延迟既不是各向同性的，也不是各向异性的，而是非各向同性的。利用积分法虽然能够估计高精度的对流层延迟，但由于实时气象资料难以获取，使得此种方法不容易应用在实时定位中。
[0007]名词解释：对流层延迟的各向同性是指物体的物理、化学等方面的性质不会因度量方向的不同而变化，亦称为均质性。
[0008]对流层延迟的各向异性是指物体的全部或部分物理、化学等性质随着度量方向的变化而变化，在不同的方向呈现出差异。
[0009]对流层延迟的非各向同性是指在某一高度角处，某些方位角上的对流层延迟可认为是近似相等的，但在另外的方位角上对流层延迟是具有较大差异的。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提出一种顾及非各向同性的水平方向对流层延迟分类方法，通过所提非各向同性值的方法量化表示对流层延迟的非各向同性，同时结合各高度角处的对流层延迟的中误差，基于IGG
‑
3建立了分类阈值函数，从而实现对流层延迟在水平方向的不同性质（各向同性、非各向同性）的分类。
[0011]本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种顾及非各向同性的水平方向对流层延迟分类方法，包括如下步骤：步骤1. 估计待分类的高度角范围内各高度角处不同方位角的对流层延迟数据；步骤2. 根据步骤1得到的对流层延迟数据，估计各高度角处不同方位角的非各向同性值Δ，其中每个高度角处各方位角上均存在对应的非各向同性值Δ；步骤3. 结合各高度角处的σ，确定不同高度角处的阈值函数k
·
σ；其中σ为Δ所在高度角处对流层延迟的中误差，k为基于IGG
‑
3构建的三段式滑动窗口函数；步骤4. 判断各高度角处不同方位角的非各向同性值Δ与阈值函数k
·
σ的绝对值之间的大小关系，并根据该大小关系实现对流层延迟在水平方向的不同性质的分类。
[0012]本专利技术具有如下优点：如上所述，本专利技术述及了一种顾及非各向同性的水平方向对流层延迟分类方法，该水平方向对流层延迟分类方法打破了原有的各向同性及各向异性理论，顾及了对流层延迟在水平方向的非各向同性，通过定义非各向同性值实现定量分析之外，同时引入了IGG
‑
3，以建立用于区分对流层延迟的各向同性和非各向同性这两种不同的性质的分类阈值，从而实现了本专利技术对流层延迟的水平方向分类。其中，非各向同性值是本专利技术建立该对流层延迟分类方法的基础，基于IGG
‑
3建立的分类阈值则很好保证了分类后同性质的方位角间的连续性。本专利技术所提对流层延迟分类方法有利于建立更加贴近大气真实情况的对流层延迟改正模型，提高了对流层延迟的估计精度，降低了对流层延迟对高精度GNSS定位的影响。本专利技术所提分类方法将为GNSS高精度对流层延迟估计、极端天气预报等提供技术支持。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例中顾及非各向同性的水平方向对流层延迟分类方法的流程图。
[0014]图2为本专利技术实施例中系数k取值曲线图。
[0015]图3为本专利技术实施例中对流层延迟的非各向同性分类方法示意图。
[0016]图4 为利用本专利技术方法对BAKE站5
°–
40
°
高度角10
°–
360
°
方位角分类平面图。
[0017]图5为本专利技术实施例中基于非各向同性分类方法的水平梯度模型示意图。
[0018]图6为RT
–
SPD、添加水平梯度改正的MF
–
SPD以及基于本专利技术分类方法的水平梯度模型估计的SPD估计的BAKE站2019 DOY001 UTC18时刻17.5
°
高度角SPD示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：如图1所示，本实施例述及了一种顾及非各向同性的水平方向对流层延迟分类方法，该顾及非各向同性的水平方向对流层延迟分类方法，包括如下步骤：步骤1. 估计待分类的高度角范围内的每个高度角处（0
°‑
360
°
范围内）不同方位角的对流层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种顾及非各向同性的水平方向对流层延迟分类方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1. 估计待分类的高度角范围内各高度角处不同方位角的对流层延迟数据；步骤2. 根据步骤1得到的对流层延迟数据，估计各高度角处不同方位角的非各向同性值Δ；其中每个高度角处各方位角上均存在对应的非各向同性值Δ；步骤3. 结合各高度角处的σ，确定不同高度角处的阈值函数k
·
σ；其中σ为Δ所在高度角处对流层延迟的中误差，k为基于IGG
‑
3构建的三段式滑动窗口函数；步骤4. 判断各高度角处每个方位角的非各向同性值Δ与阈值函数k
·
σ的绝对值之间的大小关系，并根据该大小关系实现对流层延迟在水平方向的不同性质的分类。2.根据权利要求1所述的顾及非各向同性的水平方向对流层延迟分类方法，其特征在于，所述步骤1中，通过射线追踪法，利用气象参数估计对流层延迟数据。3.根据权利要求1所述的顾及非各向同性的水平方向对流层延迟分类方法，其特征在于，所述步骤2中，非各向同性值Δ的表达式，如公...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐莹，周宏展，杨早早，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：