海洋GNSS水汽信息遥感映射模型优化研究

摘要

对流层映射函数的准确性是决定位置参数、地球物理参数、气象参数等估值精度的关键。为了提高位置、轨道等估值的精度,常规的GNSS数据处理总是提高截至高度角,去掉低高度角的GNSS观测数据,这就降低了观测数据的利用率。海洋上又缺乏密集、稳固的GNSS安装平台,只能依靠沿海的观测站。获取海面上空的水汽信息,不仅需要改进数据处理方法,更需要利用低高度角的卫星信号,这对映射函数模型低高度角的精度提出了更高的要求。
　　为提高低高度角映射函数的精度,本文对海洋水汽信息遥感技术中的NMF模型在低高度角进行优化得到了更高精度、适应低高度角的动态映射函数。文中采用渤海湾三维气象场数据建立了折射率场并积分计算得到数值气象映射函数,并以此为标准比较分析了常用映射函数模型的精度。通过比较可知基于三维大气场数据内插得到的气象模型,如VMF1、GMF等精度明显优于其他类型的模型;使用高精度GPS数据处理软件Bernese5.0计算了渤海湾GPS网的水汽信息,并以数值气象模式计算结果对GPS水汽结果进行了评价,两种结果计算的天顶总延时相差最大不超过2厘米,基本在1厘米附近波动。计算得到的湿延时之差在7毫米左右,最大相差10毫米。重点讨论了测站气象参数、水汽分布的不均匀性和卫星高度角的变化对NMF的影响,通过对影响NMF因素的合理化分析,本文论证了改进NMF的可行性。最后根据逐步多元线性回归的数学方法建立了改进的NMF模型即CNMF。对CNMF的精度分析结果表明:CNMF基于数值气象模式数据对NMF模型改进得到的湿映射函数,顾及了卫星高度角、测站气象要素及水汽不均匀分布的影响,适用于海洋水汽信息遥感技术,提高了低高度角映射函数的精度。

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第一章 绪 论

1.1 GNSS气象学

1.2 对流层映射函数模型研究现状

1.3 本文研究的内容与目的

第二章 地基GNSS遥感PWV的基本原理

2.1 大气基础知识与大气结构

2.2 地基GNSS遥感水汽含量的基本原理

2.3 地基GNSS遥感信号传播方向的斜向路径延时

第三章 映射函数模型的建立与分析

3.1现有映射函数模型

3.2 基于三维气象场的映射函数模型建立

3.3 气象场积分水汽与GPS水汽比对

3.4 对流层湿映射函数模型比较

第四章 Niell映射函数误差的影响因素分析

4.1 地面测站气象参数对Niell模型的影响

4.2 水汽分布的不均匀性

4.3 卫星高度角的变化对Niell模型的影响

第五章 Niell映射模型的改进与精度分析

5.1 影响Niell模型因素的合理化分析

5.2 改进模型的最优化讨论

5.3 改进模型的精度分析

第六章 结论与展望

6.1 本文主要结论

6.2 研究展望

参考文献

附 录

致谢