[发明专利]一种基于函数基的三维水汽探测方法

说明书

本发明公开了一种基于函数基的三维水汽探测方法，包括步骤：一、观测数据接收和解算；二、大气对流层参数解算；三、卫星信号斜路径上大气水汽含量SWV的计算；四、建立函数基观测方程；五、构建先验约束方程；六、建立基于函数基的三维水汽层析模型；七、确定函数基三维水汽层析模型中各类参数权比；八、基于函数基的三维水汽层析模型的待估参数解算及结果显示。本发明以函数基观测方程为基础，建立新的函数基层析模型，通过引入函数基观测方程，保证待估水汽密度参数的空间连续性，降低待估参数的个数，增强层析模型结构的稳定性，确保重构水汽结果的精度和可靠性。

技术领域

本发明属于气象水汽探测技术领域，具体涉及一种基于函数基的三维水汽探测方法。

背景技术

全球定位系统探测水汽技术已经成为获取大气中三维水汽信息的主要技术之一。传统的GPS层析技术采用像素基水汽层析方法，即将研究区域在三维方向上划分为若干的网格，并假定每个网格内的水汽密度信息在给定的时间范围内为一常数，然后利用穿过研究区域的卫星信号建立观测方程。由于研究区域内接收机几何位置的确定性以及卫星星座的几何结构影响，在研究区域的底面，射线集中穿过接收机所在的网格，研究区域的底面未设置接收机的网格以及研究区域的侧面很少有射线穿过，因此，需要加入某些约束条件，如水平约束和垂直约束等，对没有射线穿过的网格进行约束。上述基于像素基的三维水汽重构方法存在一定的缺陷，如将研究区域强制性地分为若干个三维立体网格时，破坏了水汽在空间和时间分布上的连续性；引入水平约束和垂直约束等信息时，引入的信息对于网格间的约束可能并不是十分准确，会导致三维水汽重构结果质量较低，甚至偏离其真值；此外，即使加入水平和垂直约束等先验信息，也没有很好地解决层析法方法在求逆过程中的秩亏问题。因此，本发明针对传统像素基三维水汽层析方法的缺陷，提出了一种基于函数基的三维水探测方法。该方法未在层析模型中引入水平约束和垂直约束等信息，避免先验模型信息不准确对网格间相互约束的影响；未对水平方向上的研究区域进行强制性网格划分，保证了水汽在空间分布上的连续性和一致性；降低了待估水汽参数的个数，只对水汽函数系数进行估计，提高解算效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于函数基的三维水汽探测方法，以函数基观测方程为基础，建立新的函数基层析数学模型，通过引入函数基层析观测方程，保证待估水汽密度参数的空间连续性，降低待估参数的个数，增强层析模型结构的稳定性，确保重构水汽结果的精度和可靠性，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于函数基的三维水汽探测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、观测数据接收和解算：在研究区域的底面上布设GPS接收机，采用GPS接收机接收卫星射线的伪距和载波相位观测数据，测站处理机利用精密单点定位原理对观测数据进行解算得到天顶对流层总延迟ZTD、卫星射线东西方向上的梯度G_W和卫星射线南北方向上的梯度G_N，采用气象传感器实时采集GPS接收机所处位置的气温和气压数据；

步骤二、大气对流层参数解算：根据公式计算天顶静力学延迟ZHD和天顶湿延迟量ZWD，其中，P为地表气压，为GPS接收机的纬度，H为GPS接收机距离地面的高度；