半参数模型在香港地区对流层拟合中的应用研究

发布时间：2020-05-20 11:29

【摘要】：大气层按照热状态可以划分为对流层、平流层、中间层和热层。在距离地面高度60km以下的大气层部分会对电磁波的传播产生影响,这部分大气可以分为对流层和平流层两部分,而产生延迟的80%都发生在对流层,故电磁波在该层大气中传播所引起的误差称为对流层延迟误差。对流层延迟可以分为干延迟和湿延迟两部分。影响对流层延迟的参数有很多,其中包括测站的气象参数和地理位置等。测站的地理位置和高程与对流层的相关性较大,能否仅仅根据测站的地理位置和高程拟合区域对流层延迟模型,使其知道区域内测站的坐标就能知道该测站的对流层延迟量。目前用于计算对流层延迟的模型,大都是基于全球平均大气情况下建立的。在区域内进行高精度的基线解算和定位时,其精度很难满足需要,但是随着我国区域CORS网的建成和使用,在建立精确的区域对流层延迟模型方面获得了一些成果。由于对流层延迟不仅仅与测站的地理位置和高程有关,还与测站的气象参数有关,所以利用测站的地理位置和高程信息来建立对流层拟合模型时,模型中不可避免地含有误差。因此,消除误差对于提高对流层拟合模型精度就显得格外重要。在1977年,Stone提出了半参数这个重要的统计模型。半参数模型加入了非参数分量,为估计误差提供了一个新的思路;半参数模型含有参数分量和非参数分量,能够同时具有非参数和参数模型的优点。因此本次研究采用的软件是高精度GNSS数据处理软件GAMIT,数据是来源于香港卫星定位参考网中的测站。利用GAMIT软件解算出香港CORS网中测站的对流层延迟量,结合香港地政总署测绘处提供的测站坐标,建立香港地区对流层拟合模型。并将不同拟合模型得到的对流层延迟值与GAMIT软件解算得到的对流层延迟值进行对比,选取最适合香港地区的对流层拟合模型。并将半参数模型应用到选取的香港地区对流层拟合模型中。主要研究内容如下:(1)介绍了常用的对流层延迟拟合模型,并运用最小二乘和整体最小二乘两种拟合方法对香港地区进行拟合,通过对比选取适合香港地区的对流层拟合模型。结果表明:在香港地区分别对不同的拟合模型运用最小二乘和整体最小二乘进行拟合,整体最小二乘比最小二乘拟合的精度高。经过对比选取最适合香港地区的对流层拟合模型为含一个高程因子的四参数曲面拟合模型(H1QM4)。(2)通过香港CORS网的观测数据、测站的地理位置和高程信息来建立的区域对流层延迟拟合模型不可避免地含有误差,导致建立的模型精度往往不高,因此需要进行误差的消除。本文选取消除误差的方法为半参数模型,故研究了半参数模型的有关理论和方法,讨论了半参数补偿最小二乘估计解的特点,详细地介绍了正则矩阵和平滑因子的确定方法。(3)本文运用半参数模型对香港地区选取的含一个高程因子的四参数曲面拟合模型(H1QM4)进行误差的消除,并通过MATLAB软件进行实验。对比不同的确定平滑因子和正则矩阵方法,以便选取半参数模型中最适合的平滑因子和正则矩阵来消除对流层拟合模型中的误差。将运用半参数消除误差的H1QM4模型、最小二乘拟合的H1QM4模型和整体最小二乘拟合的H1QM4模型得到的对流层延迟值与GAMIT软件解算得到对流层延迟值进行对比。由流动站计算的中误差均值可知:整体最小二乘较最小二乘拟合模型精度提高了约1mm。半参数H1QM4模型较最小二乘拟合精度提高了约2mm。
【图文】：

技术路线图

示意图,对流层折射,示意图,传播路径

第 2 章对流层基本理论流层延迟原理磁波信号在穿越大气层传播到地面接收机时，中性大气会对电磁方面的影响，一个方面是：传播方向的改变。在理论上电磁波是于大气密度的不同而导致传播路径弯曲，，使得传播路径增长。另气中的水汽、空气等介质的影响，电磁波在大气中的传播速度减度的减慢等效于传播路径的变长。对流层折射的示意图如图 2-
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P228.4;P421.31

【参考文献】