CN112651115A - 对流层大气折射误差的计算方法、相关设备及可读存储介质 - Google Patents

对流层大气折射误差的计算方法、相关设备及可读存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN112651115A
CN112651115A CN202011516675.3A CN202011516675A CN112651115A CN 112651115 A CN112651115 A CN 112651115A CN 202011516675 A CN202011516675 A CN 202011516675A CN 112651115 A CN112651115 A CN 112651115A
Authority
CN
China
Prior art keywords
atmospheric refraction
refraction error
mapping function
optimal solution
troposphere
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011516675.3A
Other languages
English (en)
Inventor
杨明珊
杜晓燕
郭世伟
周慧妍
刘璐
卫佩佩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou University
Original Assignee
Zhengzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhengzhou University filed Critical Zhengzhou University
Priority to CN202011516675.3A priority Critical patent/CN112651115A/zh
Publication of CN112651115A publication Critical patent/CN112651115A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/15—Correlation function computation including computation of convolution operations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/004—Artificial life, i.e. computing arrangements simulating life
    • G06N3/006—Artificial life, i.e. computing arrangements simulating life based on simulated virtual individual or collective life forms, e.g. social simulations or particle swarm optimisation [PSO]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computational Linguistics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本申请公开了一种对流层大气折射误差的计算方法及装置，在获取目标仰角之后，先确定映射函数的系数的最优解，以及，天顶延迟的最优解；基于所述目标仰角，所述映射函数的系数的最优解，以及，所述天顶延迟的最优解，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差。基于上述方案计算得到的目标仰角下的对流层大气折射误差，具有较好的修正效果。

Description

对流层大气折射误差的计算方法、相关设备及可读存储介质
技术领域
本申请涉及对流层大气折射误差的修正技术领域，更具体的说，是涉及一种对流层大气折射误差的计算方法、相关设备及可读存储介质。
背景技术
随着现代电子技术的飞速发展和人类空间探测需求的日渐迫切，大气折射误差已经成为影响雷达、通信、导航等无线电***的重要因素之一。大气折射误差分为对流层大气折射误差和电离层大气折射误差。电离层大气折射误差主要由大气电子浓度造成，可通过双频观测进行消除。而对流层大气折射误差主要由对流层大气随高度所呈现的不均匀性，以及在时间上所呈现的随机性造成，电波在其中的传播状态很难被精确预测，因此，对流层大气折射误差修正方法的研究是当前的热点。
目前，对流层大气折射误差修正方法主要有射线描迹法、微波辐射计法等。但是这些方法对对流层大气折射误差的修正效果并不好。比如，射线描迹法对对流层大气折射误差的修正精度受到电波传播路径上大气折射率精度的严重制约，如果电波传播路径上大气折射率精度较差，射线描迹法对对流层大气折射误差的修正效果也会较差。微波辐射计法对测量硬件要求较高，容易引入测量误差，降低对对流层大气折射误差的修正效果。
因此，如何提供一种对流层大气折射误差的计算方法，以提升对对流层大气折射误差的修正效果，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提出了一种对流层大气折射误差的计算方法、相关设备及可读存储介质。具体方案如下：
一种对流层大气折射误差的计算方法，包括：
获取待计算对流层大气折射误差的目标仰角；
确定映射函数的系数的最优解，以及，天顶延迟的最优解；
基于所述目标仰角，所述映射函数的系数的最优解，以及，所述天顶延迟的最优解，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差。
可选地，所述确定映射函数的系数的最优解，以及，天顶延迟的最优解，包括：
确定映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，天顶延迟τh和τw的最优解；
其中，ah为映射函数MF的静力项分量的表达式中的系数，aw为映射函数MF的湿项分量的表达式中的系数，τh为天顶延迟τ的天顶静力项延迟，τw为天顶延迟τ的湿项延迟。
可选地，所述基于所述目标仰角，所述映射函数的系数的最优解，以及，所述天顶延迟的最优解，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差，包括：
将所述目标仰角、所述映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，所述天顶延迟τh和τw的最优解，代入公式ΔR(θ)＝MFh(θ，ah)×τh+MFw(θ，aw)×τw，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差ΔR(θ)；
其中，θ为目标仰角，MFh为映射映射函数MF的静力项分量，MFw为映射函数MF的湿项分量。
可选地，所述确定映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，天顶延迟τh和τw的最优解，包括：
获取所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围，以及，所述天顶延迟τh和τw的取值范围；
获取N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000021
i为大于等于1，小于等于N的整数，所述N为大于1的整数；
将所述N个仰角，所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围中的任一取值、所述天顶延迟τh和τw的取值范围中的任一取值，代入公式ΔR(θ)＝MFh(θ，ah)×τh+MFw(θ，aw)×τw，计算得到N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi；
当所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000031
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，未满足目标函数
Figure BDA0002848197830000032
时，改变所述映射函数MF的系数ah和aw的取值，以及，所述天顶延迟τh和τw的取值，重新计算所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000033
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，直至所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000034
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi满足所述目标函数
Figure BDA0002848197830000035
确定所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000036
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi满足所述目标函数
Figure BDA0002848197830000037
Figure BDA0002848197830000038
时，所述映射函数MF的系数ah和aw的取值为所述映射函数MF的系数ah和aw的最优解，所述天顶延迟τh和τw的取值为所述天顶延迟τh和τw的最优解。
可选地，所述获取所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围，以及，所述天顶延迟τh和τw的取值范围，包括：
基于公开网站公布的数据，或者，基于全球投影函数GMF模型，确定所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围；
以及，基于公开网站公布的数据，确定所述天顶延迟τh和τw的取值范围。
可选地，所述获取N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000039
包括：
基于公开网站公布的数据，或者，采用设备测量的方式，获取N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA00028481978300000310
可选地，判断所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA00028481978300000311
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，是否满足目标函数
Figure BDA00028481978300000312
Figure BDA00028481978300000313
包括：
基于粒子群算法，判断所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA00028481978300000314
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，是否满足目标函数
Figure BDA00028481978300000315
一种对流层大气折射误差的计算装置，包括：
目标仰角获取单元，用于获取待计算对流层大气折射误差的目标仰角；
最优解确定单元，用于确定映射函数的系数的最优解，以及，天顶延迟的最优解；
计算单元，用于基于所述目标仰角，所述映射函数的系数的最优解，以及，所述天顶延迟的最优解，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差。
可选地，所述最优解确定单元，具体用于：
确定映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，天顶延迟τh和τw的最优解；
其中，ah为映射函数MF的静力项分量的表达式中的系数，aw为映射函数MF的湿项分量的表达式中的系数，τh为天顶延迟τ的天顶静力项延迟，τw为天顶延迟τ的湿项延迟。
可选地，所述计算单元，具体用于：
将所述目标仰角、所述映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，所述天顶延迟τh和τw的最优解，代入公式ΔR(θ)＝MFh(θ，ah)×τh+MFw(θ，aw)×τw，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差ΔR(θ)；
其中，θ为目标仰角，MFh为映射映射函数MF的静力项分量，MFw为映射函数MF的湿项分量。
可选地，所述最优解确定单元，包括：
取值范围获取单元，用于获取所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围，以及，所述天顶延迟τh和τw的取值范围；
实测值获取单元，用于获取N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000041
i为大于等于1，小于等于N的整数，所述N为大于1的整数；
理论值计算单元，用于将所述N个仰角，所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围中的任一取值、所述天顶延迟τh和τw的取值范围中的任一取值，代入公式ΔR(θ)＝MFh(θ，ah)×τh+MFw(θ，aw)×τw，计算得到N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi；
最优解求解单元，用于当所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000042
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，未满足目标函数
Figure BDA0002848197830000043
Figure BDA0002848197830000044
时，改变所述映射函数MF的系数ah和aw的取值，以及，所述天顶延迟τh和τw的取值，重新计算所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000045
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，直至所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000046
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi满足所述目标函数
Figure BDA0002848197830000051
确定所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000052
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi满足所述目标函数
Figure BDA0002848197830000053
时，所述映射函数MF的系数ah和aw的取值为所述映射函数MF的系数ah和aw的最优解，所述天顶延迟τh和τw的取值为所述天顶延迟τh和τw的最优解。
可选地，所述取值范围获取单元，具体用于：
基于公开网站公布的数据，或者，基于全球投影函数GMF模型，确定所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围；
以及，基于公开网站公布的数据，确定所述天顶延迟τh和τw的取值范围。
可选地，所述实测值获取单元，具体用于：
基于公开网站公布的数据，或者，采用设备测量的方式，获取N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000054
可选地，所述装置还包括：
判断单元，用于基于粒子群算法，判断所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000055
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，是否满足目标函数
Figure BDA0002848197830000056
借由上述技术方案，本申请公开了一种对流层大气折射误差的计算方法及装置，在获取目标仰角之后，先确定映射函数的系数的最优解，以及，天顶延迟的最优解；基于所述目标仰角，所述映射函数的系数的最优解，以及，所述天顶延迟的最优解，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差。基于上述方案计算得到的目标仰角下的对流层大气折射误差，具有较好的修正效果。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请公开的映射函数系数a，b，c的灵敏性示意图；
图2为本申请公开的当b＝0.0029，c＝0.0622时，系数a在不同天顶距下MF的取值示意图；
图3为本申请实施例公开的对流层大气折射误差的计算方法的流程示意图；
图4为本申请实施例公开的一种对流层大气折射误差的计算装置结构示意图；
图5为本申请实施例提供的对流层大气折射误差的计算设备的硬件结构框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了提供一种对流层大气折射误差的计算方法，以提升对对流层大气折射误差的修正效果，本案发明人进行研究，提出的思路为：利用映射函数法，实现对对流层大气折射误差的计算，以提升对对流层大气折射误差的修正效果。
映射函数法最早出现在大气延迟研究中，该方法的核心在于寻找一个能将天顶延迟投影到不同路径下的投影函数。映射函数主要有两种不同的形式，一种是将大气折射积分的被积函数按照三角函数进行级数展开，再利用大气模型修正得到的投影函数；另一种是连分式形式的投影函数，Marin最早在大气延迟中引入连分式思想，由Chao建立模型。目前，修正效果较好且使用较为广泛的NMF(Niell Mapping Function，Niell投影函数)模型、VMF(Vienna Mapping Function，维也纳投影函数)模型和GMF(Global Mapping Function，全球投影函数)模型，多采用Herring建立的连分式映射函数，模型解析形式为：
Figure BDA0002848197830000071
Figure BDA0002848197830000072
其中，MFh(θ)和MFw(θ)为映射函数MF的静力项分量和湿项分量，θ为仰角，NMF模型、VMF模型和GMF模型的不同主要在于表达式中的系数ah，bh，ch，aw，bw，cw的不同。
大气折射误差ΔR可表示为映射函数MF与天顶延迟τ的乘积：
ΔR(θ)＝MFh(θ)×τh+MFw×τw (3-1)
其中，τh和τw分别为天顶延迟τ的天顶静力项延迟和湿项延迟：
τ＝τh+τw (3-2)
映射函数是在天顶方向归一化，在天顶方向的值为常数1，在倾斜路径上随系数的不同呈现不同投影效果。公式(1)、(2)表明映射函数的静力项分量和湿项分量的表达式相同，区别主要在于系数的取值不同。
在本申请中，以GMF模型为例，讨论分析映射函数的系数灵敏性。
为研究方便，将全球按经纬度划分为1°×1°的网格，将网格交叉的坐标代入GMF模型获取映射函数各个参数，由此统计得到不同系数的取值范围，具为：
ah∈A1＝[0.001106，0.001297] (4-1)
bh∈B1＝[0.002900] (4-2)
ch∈C1＝[0.06200，0.07010] (4-3)
aw∈A2＝[0.00042，0.00069] (4-4)
bw∈B2＝[0.00146] (4-5)
cw∈C2＝[0.04391] (4-6)
公式(1)和公式(2)形式完全相同，且ah，bh，ch与aw，bw，cw在公式中的位置一一对应。
为便于分析，将ah和aw统一表示为a，有a∈εa＝A1∪A2。将bh和bw统一表示为b，有b∈εb＝B1∪B2。将ch和cw统一表示为c，有c∈εc＝C1∪C2。a、b和c的取值范围包含了静力项分量和湿项分量的取值范围。公式(1)和(2)可统一描述为：
Figure BDA0002848197830000081
为方便不同参数的结果对比，将变量a，b，c的取值范围归一化处理。
令a，b，c的取值范围为域εi(i＝a，b，c)，将εi域映射到Ii域(i＝a，b，c)，
Figure BDA0002848197830000082
→I满足下式
Figure BDA0002848197830000083
其中，ξi∈εi，li∈Ii＝[0，1]，i＝a，b，c。
采用Sobol全局敏感性分析方法，计算得到变量a，b，c分别对MF(θ)结果的影响：
(1)根据变量a，b，c的取值范围采样，设采样样本个数为N，采样序列为Sobol序列；
(2)生成N×2D的样本矩阵M，D为变量个数，变量指a，b，c，此处D＝3；
Figure BDA0002848197830000084
Figure BDA0002848197830000085
Figure BDA0002848197830000086
用B中的第j列代替A中的第j列，共得到A，B，AB1，AB2，AB35个矩阵，(D+2)×N组输入数据；
(3)根据(2)中的输入数据找到对应的ε域的值，并将其代入映射函数模型中得到对应的输出矩阵YA，YB，YAB 1，YAB 2，YAB 3；
(4)根据总效应指数分析不同变量的全局灵敏性；
Figure BDA0002848197830000087
的方差其中，f为映射函数，在本申请中是指代入公式(1)、(2)或者代入公式(5)，var(Y)代表[YA，YB]的方差。
参阅图1，图1为本申请公开的映射函数系数a，b，c的灵敏性示意图。
如图1所示，在不同天顶距下，a，b，c对MF的影响效果不同，a系数对MF的灵敏性随天顶距(天顶距与仰角为互余的关系，相加为90°)的增大而减小。b，c系数的灵敏性随天顶距的增大而增大同时，在天顶距为[0，85]时，当a，b，c系数相互耦合情况下，系数a的灵敏性最高，且系数a对MF结果的灵敏性远远高于b、c。因此，系数a的精确性对映射函数法修正大气折射误差的效果影响最大。
参阅图2，图2为本申请公开的当b＝0.0029，c＝0.0622时，系数a在不同天顶距下MF的取值示意图。
如图2所示，在天顶距为0时，MF为常数1体现了GMF映射函数的归一化性，随着天顶距的增大，系数a对MF的呈现单调性。目前，应用GMF映射函数修正大气折射误差时，其中的参数a，b，c通常取为确定值。由于MF是关于系数a的单调函数，所以肯定存在a的最优解，利用a的最优解计算得到的对流层大气折射误差，能够达到最好的修正效果。
参照上述内容，可以确定映射函数MF的系数包括ah和aw，而在本申请中，大气折射误差ΔR可表示为映射函数MF与天顶延迟τ的乘积，天顶延迟τ包括天顶静力项延迟τh和湿项延迟τw，因此，在本申请中，可以确定映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，天顶延迟τh和τw的最优解；利用映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，天顶延迟τh和τw的最优解计算得到的对流层大气折射误差，能够达到最好的修正效果。
基于以上思路，本案发明人进行了深入研究，最终提出了一种对流层大气折射误差的计算方法，接下来，通过下述实施例对本申请提供的对流层大气折射误差的计算方法进行介绍。
参照图3，图3为本申请实施例公开的对流层大气折射误差的计算方法的流程示意图，该方法可以包括：
步骤S101：获取待计算对流层大气折射误差的目标仰角。
仰角有视在仰角和真实仰角之分，在本申请中，仰角为视在仰角。
步骤S102：确定映射函数的系数的最优解，以及，天顶延迟的最优解。
作为一种可实施方式，如在低仰角情况下，可以确定映射函数MF的系数ah，bh，ch、aw，bw，cw的最优解，以及，天顶延迟τh和τw的最优解。
但是，如果确定映射函数MF的系数ah，bh，ch、aw，bw，cw的最优解，会导致在反演过程中求解最优解的速度变慢，因此，作为一种可实施方式，可以确定映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，天顶延迟τh和τw的最优解。需要说明的是，采用ah和aw作为待定参数进行反演是因为在反演过程中求解最优解更快，且基本上以及满足精度要求。
在本申请中，ah为映射函数MF的静力项分量的表达式中的系数，aw为映射函数MF的湿项分量的表达式中的系数，τh为天顶延迟τ的天顶静力项延迟，τw为天顶延迟τ的湿项延迟。
在本申请中，映射函数MF可以为GMF模型对应的映射函数，也可以为其他模型(如，NMF模型、VMF模型等)对应的映射函数，对此本申请不进行任何限定。
步骤S103：基于所述目标仰角，所述映射函数的系数的最优解，以及，所述天顶延迟的最优解，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差。
作为一种可实施方式，可以将所述目标仰角、所述映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，所述天顶延迟τh和τw的最优解，代入公式ΔR(θ)＝MFh(θ，ah)×τh+MFw(θ，aw)×τw，得到所述目标仰角θ下的对流层大气折射误差ΔR(θ)；
其中，θ为目标仰角，MFh为映射函数MF的静力项分量，MFw为映射函数MF的湿项分量。
本实施例公开了一种对流层大气折射误差的计算方法，在获取目标仰角θ之后，先确定映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，天顶延迟τh和τw的最优解；再将目标仰角θ、映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，天顶延迟τh和τw的最优解，代入公式ΔR(θ)＝MFh(θ，ah)×τh+MFw(θ，aw)×τw，即可得到目标仰角θ下的对流层大气折射误差ΔR(θ)。基于上述方案计算得到的目标仰角θ下的对流层大气折射误差，具有较好的修正效果。
在本申请的另一个实施例中，对上述步骤S102确定映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，天顶延迟τh和τw的最优解的具体实现方式进行了详细说明，该方法可以包括以下步骤：
步骤S201：获取所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围，以及，所述天顶延迟τh和τw的取值范围。
在本申请中，可以基于公开网站公布的数据，确定所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围。也可以基于GMF模型，确定所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围。作为一种可实施方式，映射函数MF的系数ah的取值范围为ah∈A1＝[0.001106，0.001297]，映射函数MF的系数aw的取值范围为aw∈A2＝[0.00042，0.00069]。
在本申请中，可以基于公开网站公布的数据，确定所述天顶延迟τh和τw的取值范围。作为一种可实施方式，。可以获取并统计全球500个IGS观测站发布的2019年天顶延迟数据，由此确定天顶延迟的取值范围分别为τh∈[1.0，2.5]，τw∈[0，0.6]。需要说明的是，该取值范围是经过放大的，所述天顶延迟τh和τw的取值只是在这个区间内。
需要说明的是，公开网站公布的天顶延迟数据，是根据GPS测站数据进行解算获得的，表示某一时间一定区域范围内的整体情况，且有一定的时间延迟。例如，维也纳开放数据库的天顶延迟数据，每6个小时发布一组，有34个小时的延迟，在空间上最高分辨率是按照经纬度1°x1°的网格划分的。所以，将该数据用于公式ΔR(θ)＝MFh(θ，ah)×τh+MFw(θ，aw)×τw做为反演计算数据时，只能反演34小时前的折射误差，不具实时性，且空间分辨率受限。如有实验条件，可实时测试天顶延迟。
步骤S202：获取N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000111
i为大于等于1，小于等于N的整数，所述N为大于1的整数。
在本申请中，可基于公开网站公布的数据，或者，采用设备测量的方式，获取N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000112
步骤S203：将所述N个仰角，所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围中的任一取值、所述天顶延迟τh和τw的取值范围中的任一取值，代入公式ΔR(θ)＝MFh(θ，ah)×τh+MFw(θ，aw)×τw，计算得到N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi。
步骤S204：当所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000113
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，未满足目标函数
Figure BDA0002848197830000114
Figure BDA0002848197830000115
时，改变所述映射函数MF的系数ah和aw的取值，以及，所述天顶延迟τh和τw的取值，重新计算所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000121
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，直至所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000122
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi满足所述目标函数
Figure BDA0002848197830000123
在本申请中，可以基于正则化方法、最优化计算方法、支持向量机以及反演方法等，判断所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000124
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，是否满足目标函数
Figure BDA0002848197830000125
Figure BDA0002848197830000126
近年来发展起来的Monte Carlo方法是一种较为实用的反演方法。目前常用的Monte Carlo方法主要有模拟退火算法、遗传算法、蚁群算法和粒子群算法等。粒子群算法(Particle Swarm optimization，PSO)具有收敛速度快、反演精度高、算法原理简单等优点，因此，作为一种可实施方式，在本申请中可以基于粒子群算法，判断所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000127
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，是否满足目标函数
Figure BDA0002848197830000128
Figure BDA0002848197830000129
在本申请中，粒子维数为2，分别为a维和τ维，惯性权重w采用线性递减策略，c1和c2为2，反演代数设置为100，粒子数设置为500。
步骤S205：确定所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA00028481978300001210
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi满足所述目标函数
Figure BDA00028481978300001211
Figure BDA00028481978300001212
时，所述映射函数MF的系数ah和aw的取值为所述映射函数MF的系数ah和aw的最优解，所述天顶延迟τh和τw的取值为所述天顶延迟τh和τw的最优解。
下面对本申请实施例公开的对流层大气折射误差的计算装置进行描述，下文描述的对流层大气折射误差的计算装置与上文描述的对流层大气折射误差的计算方法可相互对应参照。
参照图4，图4为本申请实施例公开的一种对流层大气折射误差的计算装置结构示意图。如图4所示，该对流层大气折射误差的计算装置可以包括：
目标仰角获取单元11，用于获取待计算对流层大气折射误差的目标仰角；
最优解确定单元12，用于确定映射函数的系数的最优解，以及，天顶延迟的最优解；
计算单元13，用于基于所述目标仰角，所述映射函数的系数的最优解，以及，所述天顶延迟的最优解，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差。
可选地，所述最优解确定单元，具体用于：
确定映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，天顶延迟τh和τw的最优解；
其中，ah为映射函数MF的静力项分量的表达式中的系数，aw为映射函数MF的湿项分量的表达式中的系数，τh为天顶延迟τ的天顶静力项延迟，τw为天顶延迟τ的湿项延迟。
可选地，所述计算单元，具体用于：
将所述目标仰角、所述映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，所述天顶延迟τh和τw的最优解，代入公式ΔR(θ)＝MFh(θ，ah)×τh+MFw(θ，aw)×τw，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差ΔR(θ)；
其中，θ为目标仰角，MFh为映射映射函数MF的静力项分量，MFw为映射函数MF的湿项分量。
可选地，所述最优解确定单元，包括：
取值范围获取单元，用于获取所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围，以及，所述天顶延迟τh和τw的取值范围；
实测值获取单元，用于获取N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000138
i为大于等于1，小于等于N的整数，所述N为大于1的整数；
理论值计算单元，用于将所述N个仰角，所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围中的任一取值、所述天顶延迟τh和τw的取值范围中的任一取值，代入公式ΔR(θ)＝MFh(θ，ah)×τh+MFw(θ，aw)×τw，计算得到N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi；
最优解求解单元，用于当所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000131
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，未满足目标函数
Figure BDA0002848197830000132
Figure BDA0002848197830000133
时，改变所述映射函数MF的系数ah和aw的取值，以及，所述天顶延迟τh和τw的取值，重新计算所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000134
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，直至所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000135
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi满足所述目标函数
Figure BDA0002848197830000136
确定所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000137
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi满足所述目标函数
Figure BDA0002848197830000141
时，所述映射函数MF的系数ah和aw的取值为所述映射函数MF的系数ah和aw的最优解，所述天顶延迟τh和τw的取值为所述天顶延迟τh和τw的最优解。
可选地，所述取值范围获取单元，具体用于：
基于公开网站公布的数据，或者，基于全球投影函数GMF模型，确定所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围；
以及，基于公开网站公布的数据，确定所述天顶延迟τh和τw的取值范围。
可选地，所述实测值获取单元，具体用于：
基于公开网站公布的数据，或者，采用设备测量的方式，获取N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000142
可选地，所述装置还包括：
判断单元，用于基于粒子群算法，判断所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure BDA0002848197830000143
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，是否满足目标函数
Figure BDA0002848197830000144
参照图5，图5为本申请实施例提供的对流层大气折射误差的计算设备的硬件结构框图，参照图5，对流层大气折射误差的计算设备的硬件结构可以包括：至少一个处理器1，至少一个通信接口2，至少一个存储器3和至少一个通信总线4；
在本申请实施例中，处理器1、通信接口2、存储器3、通信总线4的数量为至少一个，且处理器1、通信接口2、存储器3通过通信总线4完成相互间的通信；
处理器1可能是一个中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等；
存储器3可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)等，例如至少一个磁盘存储器；
其中，存储器存储有程序，处理器可调用存储器存储的程序，所述程序用于：
获取待计算对流层大气折射误差的目标仰角；
确定映射函数的系数的最优解，以及，天顶延迟的最优解；
基于所述目标仰角，所述映射函数的系数的最优解，以及，所述天顶延迟的最优解，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差。
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
本申请实施例还提供一种可读存储介质，该可读存储介质可存储有适于处理器执行的程序，所述程序用于：
获取待计算对流层大气折射误差的目标仰角；
确定映射函数的系数的最优解，以及，天顶延迟的最优解；
基于所述目标仰角，所述映射函数的系数的最优解，以及，所述天顶延迟的最优解，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差。
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种对流层大气折射误差的计算方法，其特征在于，包括：
获取待计算对流层大气折射误差的目标仰角；
确定映射函数的系数的最优解，以及，天顶延迟的最优解；
基于所述目标仰角，所述映射函数的系数的最优解，以及，所述天顶延迟的最优解，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定映射函数的系数的最优解，以及，天顶延迟的最优解，包括：
确定映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，天顶延迟τh和τw的最优解；
其中，ah为映射函数MF的静力项分量的表达式中的系数，aw为映射函数MF的湿项分量的表达式中的系数，τh为天顶延迟τ的天顶静力项延迟，τw为天顶延迟τ的湿项延迟。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标仰角，所述映射函数的系数的最优解，以及，所述天顶延迟的最优解，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差，包括：
将所述目标仰角、所述映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，所述天顶延迟τh和τw的最优解，代入公式ΔR(θ)＝MFh(θ，ah)×τh+MFw(θ，aw)×τw，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差ΔR(θ)；
其中，θ为目标仰角，MFh为映射映射函数MF的静力项分量，MFw为映射函数MF的湿项分量。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定映射函数MF的系数ah和aw的最优解，以及，天顶延迟τh和τw的最优解，包括：
获取所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围，以及，所述天顶延迟τh和τw的取值范围；
获取N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure FDA0002848197820000011
i为大于等于1，小于等于N的整数，所述N为大于1的整数；
将所述N个仰角，所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围中的任一取值、所述天顶延迟τh和τw的取值范围中的任一取值，代入公式ΔR(θ)＝MFh(θ，ah)×τh+MFw(θ，aw)×τw，计算得到N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi；
当所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure FDA00028481978200000213
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，未满足目标函数
Figure FDA0002848197820000021
时，改变所述映射函数MF的系数ah和aw的取值，以及，所述天顶延迟τh和τw的取值，重新计算所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure FDA00028481978200000214
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，直至所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure FDA0002848197820000022
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi满足所述目标函数
Figure FDA0002848197820000023
确定所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure FDA0002848197820000024
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi满足所述目标函数
Figure FDA0002848197820000025
Figure FDA0002848197820000026
时，所述映射函数MF的系数ah和aw的取值为所述映射函数MF的系数ah和aw的最优解，所述天顶延迟τh和τw的取值为所述天顶延迟τh和τw的最优解。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围，以及，所述天顶延迟τh和τw的取值范围，包括：
基于公开网站公布的数据，或者，基于全球投影函数GMF模型，确定所述映射函数MF的系数ah和aw的取值范围；
以及，基于公开网站公布的数据，确定所述天顶延迟τh和τw的取值范围。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure FDA0002848197820000027
包括：
基于公开网站公布的数据，或者，采用设备测量的方式，获取N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure FDA0002848197820000028
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，判断所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure FDA0002848197820000029
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，是否满足目标函数
Figure FDA00028481978200000210
包括：
基于粒子群算法，判断所述N个仰角下对流层大气折射误差实测值
Figure FDA00028481978200000211
以及，所述N个仰角下对流层大气折射误差理论值ΔRi，是否满足目标函数
Figure FDA00028481978200000212
8.一种对流层大气折射误差的计算装置，其特征在于，包括：
目标仰角获取单元，用于获取待计算对流层大气折射误差的目标仰角；
最优解确定单元，用于确定映射函数的系数的最优解，以及，天顶延迟的最优解；
计算单元，用于基于所述目标仰角，所述映射函数的系数的最优解，以及，所述天顶延迟的最优解，得到所述目标仰角下的对流层大气折射误差。
9.一种对流层大气折射误差的计算设备，其特征在于，包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序；
所述处理器，用于执行所述程序，实现如权利要求1至7中任一项所述的对流层大气折射误差的计算方法的各个步骤。
10.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7中任一项所述的对流层大气折射误差的计算方法的各个步骤。
CN202011516675.3A 2020-12-21 2020-12-21 对流层大气折射误差的计算方法、相关设备及可读存储介质 Pending CN112651115A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011516675.3A CN112651115A (zh) 2020-12-21 2020-12-21 对流层大气折射误差的计算方法、相关设备及可读存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011516675.3A CN112651115A (zh) 2020-12-21 2020-12-21 对流层大气折射误差的计算方法、相关设备及可读存储介质

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112651115A true CN112651115A (zh) 2021-04-13

Family

ID=75358500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011516675.3A Pending CN112651115A (zh) 2020-12-21 2020-12-21 对流层大气折射误差的计算方法、相关设备及可读存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112651115A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100194639A1 (en) * 2007-07-10 2010-08-05 Noboru Takeichi Calculation method of the amount of zenith troposphere delay, and a correcting method of troposphere delay of satellite positioning signal
JP2012010324A (ja) * 2010-05-25 2012-01-12 Hoya Corp 天体自動追尾撮影方法及び天体自動追尾撮影装置
CN102331582A (zh) * 2010-05-30 2012-01-25 天宝导航有限公司 利用联合离子层滤波器的gnss大气估计
CN103076616A (zh) * 2013-01-04 2013-05-01 中国电子科技集团公司第二十二研究所 大气对流层电离层电波折射误差一体化实时修正装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100194639A1 (en) * 2007-07-10 2010-08-05 Noboru Takeichi Calculation method of the amount of zenith troposphere delay, and a correcting method of troposphere delay of satellite positioning signal
JP2012010324A (ja) * 2010-05-25 2012-01-12 Hoya Corp 天体自動追尾撮影方法及び天体自動追尾撮影装置
CN102331582A (zh) * 2010-05-30 2012-01-25 天宝导航有限公司 利用联合离子层滤波器的gnss大气估计
CN103076616A (zh) * 2013-01-04 2013-05-01 中国电子科技集团公司第二十二研究所 大气对流层电离层电波折射误差一体化实时修正装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
乔江等: "基于射线描迹法的对流层折射率模型和映射函数精度分析", 《信息工程大学学报》 *
卫佩佩等: "基于射线描迹法微分形式的大气折射误差修正方法研究", 《电子与信息学报》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104853435B (zh) 一种基于概率的室内定位方法和装置
CN104215977A (zh) 一种基于卫星导航***的精度评估方法及***
CN116879297B (zh) 土壤水分协同反演的方法、装置、设备和介质
CN109657191B (zh) 一种电离层层析方法及装置
CN103759725B (zh) 一种基于六通道光电传感器的偏振方位角确定方法
CN109191408B (zh) 快速循环地面气象融合方法、装置及服务器
CN113468799A (zh) 一种静止气象卫星观测中获取近地面pm2.5浓度的方法及***
CN113049500A (zh) 水质检测模型训练和水质检测方法、电子设备及存储介质
CN113935402B (zh) 时差定位模型的训练方法、装置及电子设备
CN111126466A (zh) 一种多源pwv数据融合方法
CN112651115A (zh) 对流层大气折射误差的计算方法、相关设备及可读存储介质
CN114814779B (zh) 浮标涌浪波高观测数据误差评估方法、***、设备及介质
CN115826004B (zh) 一种基于二维角度及时差联合的三星协同直接定位方法
Agbo et al. Meteorological analysis of the relationship between climatic parameters: understanding the dynamics of the troposphere
CN115031927A (zh) 一种椭圆高斯分布光斑质心的高精度定位方法
CN103076035B (zh) 一种基于双支持向量机的传感器测量方法
CN115436874A (zh) 三维无源定位方法
Hu et al. An accurate height reduction model for zenith tropospheric delay correction using ECMWF data
Wang et al. MINQUE method variance component estimation for the mixed additive and multiplicative random error model
CN113341373A (zh) 一种定位方法、装置和电子设备
Koshak et al. Data retrieval algorithms for validating the Optical Transient Detector and the Lightning Imaging Sensor
CN111123406A (zh) 手持气象仪温度数据拟合方法
Ma et al. Establishment of regional tropospheric delay model in Australia
CN110531308A (zh) 一种电能表检定环境温度变化的计量误差及其温漂修正有效性检验方法
CN117607373B (zh) 一种温室气体监测数据校准的方法、***、设备及介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210413