CN115032670B - 一种纠正gps观测得到的分潮误差的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋监测领域,提供了一种纠正GPS观测得到的分潮误差的方法及设备,方法包括以下步骤:确定分潮对为确定N2对M2、S2对M2、K2对M2、K2对S2、P1对K1、O1对K1、Q1对K1和Q1对O1的分潮对;建立各分潮对的相对关系,获取各个网格点的振幅比及迟角差;计算平衡潮调和常数,得到各分潮经地潮校正后的平衡潮振幅;计算GPS数据调和常数,获取由GPS数据调和分析得到的各分潮的振幅;根据步骤2、步骤3和步骤4的结果并利用相对导纳纠正K1和K2分潮估值误差。本发明能够有效改善GPS观测得到的K1和K2分潮的误差并提高K1和K2分潮的准确度,为提高研究海潮负荷效应的准确度提供一种新的方法。
Description
技术领域
本发明属于海洋监测技术领域,尤其涉及一种纠正GPS观测得到的分潮误差的方法及设备。
背景技术
随着GNSS技术与数据处理方法的快速发展,可以通过GNSS准确地获取观测站位由海潮负荷引起的位移形变,并进而得到海潮负荷位移调和常数,为研究海潮负荷效应提供一种新的方法。一般在利用GNSS研究海潮负荷位移时,主要使用GPS观测数据,对GPS观测数据进行调和分析时需要提前估算主要分潮的周期,而GPS卫星轨道的周期(约11.967小时)与K2分潮的周期(约11.9672小时)十分相近,GPS星座的重复周期(约23.9319小时)与K1分潮的周期(约23.9345小时)非常相近,容易产生耦合现象,在利用GNSS技术提取海潮负荷位移参数时,容易造成周期相近的误差会被对应相同周期的K1/K2分潮吸收,导致调和分析估算的K1/K2分潮误差较大。因此如何解决K1/K2分潮估值误差过大一直是GNSS研究海潮负荷位移的难点和热点问题。
发明内容
本发明利用S2对M2,N2对M2,K2对S2,O1对K1,P1对K1和Q1对O1分潮的相对导纳纠正GPS观测得到K1和K2分潮估值误差过大问题。
本发明第一方面提供了一种纠正GPS观测得到的K1和K2分潮误差的方法,包括以下步骤:
步骤1,确定分潮对;所述确定分潮对为确定N2对M2、S2对M2、K2对M2、K2对S2、P1对K1、O1对K1、Q1对K1和Q1对O1的分潮对;
步骤5,根据步骤2、步骤3和步骤4的结果并利用相对导纳纠正K1和K2分潮估值误差;具体为:
式中,为由GPS数据调和分析得到的各分潮的振幅,为各分潮平衡潮振幅,为模数,将各半日分潮N2、M2、S2和K2的值进行曲线拟合,然后将K2分潮的异常值纠正到正常的拟合曲线上,从而完成K2分潮误差的纠正;同理,将各全日分潮K1、P1、O1和Q1的值进行曲线拟合,然后将K1分潮的异常值纠正到正常的拟合曲线上,从而完成K1分潮误差的纠正。
在一种可能的设计中,所述步骤1具体过程为:
对某一分潮i,导纳Mi为
其中
式(3)中即是传统潮汐学中的振幅比,为迟角差,为主要分潮n相对于次要分潮m的振幅关系,为主要分潮n相对于次要分潮m的迟角关系;如果实际分潮的振幅比与引潮力之比相同,则等于1;实际海洋中不会正好等于1,但对大部分海域它接近于1;如果两个分潮的迟角相等,则等于零;实际海洋中一般不等于零,对大部分海域它大于零或小于零;
确定N2对M2、S2对M2、K2对M2、K2对S2、P1对K1、O1对K1、Q1对K1和Q1对O1分潮对;
所述步骤2的具体过程为:
计算相应的开尔文波波速
开尔文波波长
其中,ui为开尔文波波速,T为潮波周期,即
最后选取
及均方根偏差
若
再由
计算振幅比与迟角差的均方差
在一种可能的设计中,所述步骤3的具体过程为:
在一种可能的设计中,所述步骤4的具体过程为:
其中,
本发明第二方面还提供了一种纠正GPS观测得到的分潮误差的设备,所述设备包括至少一个处理器和至少一个存储器,所述处理器和存储器相耦合;所述存储器中存储有计算机程序或指令;所述处理器执行所述计算机程序或指令时,可以实现如第一方面所述的纠正GPS观测得到的K1和K2分潮误差的方法。
本发明第三方面还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序或指令,所述计算机程序或指令被处理器执行时,可以实现如第一方面所述的纠正GPS观测得到的K1和K2分潮误差的方法。
与现有技术相比,本发明提供了一种纠正GPS观测得到的2分潮误差的方法及设备,并产生如下的有益效果:
1.针对GPS轨道周期与K2分潮周期一致、GPS星座的重复周期与K1分潮的周期一致从而产生耦合作用,导致K2分潮和K1分潮估值误差过大的难题。本发明提出了一种基于相对导纳纠正GPS观测得到的K1和K2分潮误差的方法及设备,能够有效改善GPS观测得到的K1和K2分潮的误差并提高K1和K2分潮的准确度。
2.通过GNSS准确地获取观测站位由海潮负荷引起的位移形变,并进而得到海潮负荷位移调和常数,本发明为提高研究海潮负荷效应的准确度提供一种新的方法。
3.为提高研究海潮负荷效应的准确度,本发明采用建立8个分潮对相对关系的方法,能有效得到各潮族的相对导纳关系。结合本发明采用的GPS数据分析调和常数与相应平衡潮调和常数的比值,能有效的纠正K1和K2分潮的误差并提高K1和K2分潮的准确度。
附图说明
图1为本发明纠正GPS观测得到的K1和K2分潮误差方法的流程框图。
图2为本发明纠正K2分潮误差的示意图。
图3为本发明纠正GPS观测得到的K1和K2分潮误差的设备结构简易示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明进行进一步说明。
实施例1:
为实现基于相对导纳纠正GPS观测得到的K1和K2分潮误差的推算技术,其包括相对导纳计算和纠正GPS观测得到的K1和K2分潮误差的计算步骤,大体流程如图1所示。
(一)确定分潮对
对某一分潮i,导纳Mi为
其中
式(3)中即是传统潮汐学中的振幅比,为迟角差。如果实际分潮的振幅比与引潮力之比相同,则等于1。实际海洋中不会正好等于1,但对大部分海域它接近于1。如果两个分潮的迟角相等,则等于零。实际海洋中一般不等于零,对大部分海域它大于零或小于零。
确定N2对M2,S2对M2,K2对M2,K2对S2,P1对K1,O1对K1,Q1对K1和Q1对O1分潮对。
(二)建立各分潮对的相对关系
计算相应的开尔文波波速
开尔文波波长
其中,T为潮波周期,即
最后选取
及均方根偏差
若
再由
计算振幅比与迟角差的均方差
(三)计算平衡潮调和常数
(四)计算GPS数据调和常数
其中,
在实际计算过程中,由于GPS卫星轨道的周期(约为11.967小时)、GPS星座的重复周期(约为23.9319小时)与部分分潮的周期(K2周期约为11.9672小时,K1周期约为23.9345小时)非常相近,容易产生耦合现象。GPS卫星轨道的误差极易被这些分潮吸收,导致K1/K2分潮负荷位移的估算结果误差较大。
(五)利用相对导纳纠正K1和K2分潮估值误差
对于同一个潮族中,都有主要分潮和次要分潮,主要分潮占比大,次要分潮占比小,但同一个潮族中分潮的潮汐特征基本一致。
令
对同一个潮族,各分潮的相对导纳特征具有类似特征,对半日潮族,S2对M2,N2对M2,K2对S2相对导纳特征相似,所以M2、N2、S2和K2分潮对应的R值也具有相似性,将各半日分潮的值进行曲线拟合,将K2分潮的异常值纠正到正常的拟合曲线上,这样就解决了K2分潮负荷位移的估算结果误差较大的问题,如图2所示。同理,对全日潮族,O1对K1,P1对K1和Q1对O1分潮的相对导纳特征相似,所以K1、P1、O1和Q1分潮对应的R值也具有相似性,将各半日分潮的值进行曲线拟合,将K1分潮的异常值纠正到正常的拟合曲线上,这样就解决了K1分潮负荷位移的估算结果误差较大的问题。
实施例2:
如图3所示,本发明同时提供了一种纠正GPS观测得到的K1和K2分潮误差的设备,设备包括至少一个处理器和至少一个存储器,同时还包括通信接口和内部总线;所述存储器中存储有计算机程序或指令;所述处理器执行所述计算机程序或指令时,可以实现如实施例1所述的纠正GPS观测得到的K1和K2分潮误差的方法。其中内部总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture,ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent,PCI)总线或扩展工业标准体系结构(.XtendedIndustry StandardArchitecture,EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示,本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。其中存储器可能包含高速RAM存储器,也可能还包括非易失性存储NVM,例如至少一个磁盘存储器,还可以为U盘、移动硬盘、只读存储器、磁盘或光盘等。
设备可以被提供为终端、服务器或其它形态的设备。
图3是为示例性示出的一种设备的框图。设备可以包括以下一个或多个组件:处理组件,存储器,电源组件,多媒体组件,音频组件,输入/输出(I/O)的接口,传感器组件,以及通信组件。处理组件通常控制电子设备的整体操作,诸如与显示,电话呼叫,数据通信,相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件可以包括一个或多个处理器来执行指令,以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外,处理组件可以包括一个或多个模块,便于处理组件和其他组件之间的交互。例如,处理组件可以包括多媒体模块,以方便多媒体组件和处理组件之间的交互。
存储器被配置为存储各种类型的数据以支持在电子设备的操作。这些数据的示例包括用于在电子设备上操作的任何应用程序或方法的指令,联系人数据,电话簿数据,消息,图片,视频等。存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现,如静态随机存取存储器(SRAM),电可擦除可编程只读存储器(EEPROM),可擦除可编程只读存储器(EPROM),可编程只读存储器(PROM),只读存储器(ROM),磁存储器,快闪存储器,磁盘或光盘。
电源组件为电子设备的各种组件提供电力。电源组件可以包括电源管理系统,一个或多个电源,及其他与为电子设备生成、管理和分配电力相关联的组件。多媒体组件包括在所述电子设备和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中,屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板,屏幕可以被实现为触摸屏,以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界,而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中,多媒体组件包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当电子设备处于操作模式,如拍摄模式或视频模式时,前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。
音频组件被配置为输出和/或输入音频信号。例如,音频组件包括一个麦克风(MIC),当电子设备处于操作模式,如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时,麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器或经由通信组件发送。在一些实施例中,音频组件还包括一个扬声器,用于输出音频信号。 I/O接口为处理组件和外围接口模块之间提供接口,上述外围接口模块可以是键盘,点击轮,按钮等。这些按钮可包括但不限于:主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
传感器组件包括一个或多个传感器,用于为电子设备提供各个方面的状态评估。例如,传感器组件可以检测到电子设备的打开/关闭状态,组件的相对定位,例如所述组件为电子设备的显示器和小键盘,传感器组件还可以检测电子设备或电子设备一个组件的位置改变,用户与电子设备接触的存在或不存在,电子设备方位或加速/减速和电子设备的温度变化。传感器组件可以包括接近传感器,被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件还可以包括光传感器,如CMOS或CCD图像传感器,用于在成像应用中使用。在一些实施例中,该传感器组件还可以包括加速度传感器,陀螺仪传感器,磁传感器,压力传感器或温度传感器。
通信组件被配置为便于电子设备和其他设备之间有线或无线方式的通信。电子设备可以接入基于通信标准的无线网络,如WiFi,2G或3G,或它们的组合。在一个示例性实施例中,通信组件经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中,所述通信组件还包括近场通信(NFC)模块,以促进短程通信。例如,在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术,红外数据协会(IrDA)技术,超宽带(UWB)技术,蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。
在示例性实施例中,电子设备可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现,用于执行上述方法。
实施例3:
本发明还提供了一种非易失性计算机可读存储介质,计算机可读存储介质中存储有计算机程序或指令,所述计算机程序或指令被处理器执行时,可以实现如实施例1所述的纠正GPS观测得到的K1和K2分潮误差的方法。
具体地,可以提供配有可读存储介质的系统、装置或设备,在该可读存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码,且使该系统、装置或设备的计算机或处理器读出并执行存储在该可读存储介质中的指令。在这种情况下,从可读介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能,因此机器可读代码和存储机器可读代码的可读存储介质构成了本发明的一部分。
上述存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现,如静态随机存取存储器(SRAM),电可擦除可编程只读存储器(EEPROM),可擦除可编程只读存储器(EPROM),可编程只读存储器(PROM),只读存储器(ROM),磁存储器,快闪存储器,磁盘或光盘(如 CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD- 20 ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD-RW)、磁带等。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
应理解,上述处理器可以是中央处理单元(英文:Central Processing Unit,简称:CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文:Digital Signal Processor,简称:DSP)、专用集成电路(英文:Application Specific Integrated Circuit,简称:ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成,或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
应理解存储介质耦合至处理器,从而使处理器能够从该存储介质读取信息,且可向该存储介质写入信息。当然,存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits,简称:ASIC)中。当然,处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于终端或服务器中。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备,或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令,并转发该计算机可读程序指令,以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码,所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等,以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中,远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机,或者,可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中,通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路,例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA),该电子电路可以执行计算机可读程序指令,从而实现本公开的各个方面。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种纠正GPS观测得到的分潮误差的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,确定分潮对;所述确定分潮对为确定N2对M2、S2对M2、K2对M2、K2对S2、P1对K1、O1对K1、Q1对K1和Q1对O1的分潮对;
计算相应的开尔文波波速
开尔文波波长
其中,ui为开尔文波波速,T为潮波周期,即
最后选取
及均方根偏差
若
再由
计算振幅比与迟角差的均方差
步骤5,根据步骤2、步骤3和步骤4的结果并利用相对导纳纠正K1和K2分潮估值误差;具体为:
2.如权利要求1所述的一种纠正GPS观测得到的分潮误差的方法,其特征在于,所述步骤1具体过程为:
对某一分潮i,导纳Mi为
其中
式(3)中即是传统潮汐学中的振幅比,为迟角差,为主要分潮n相对于次要分潮m的振幅关系,为主要分潮n相对于次要分潮m的迟角关系;如果实际分潮的振幅比与引潮力之比相同,则等于1;实际海洋中不会正好等于1,但对大部分海域它接近于1;如果两个分潮的迟角相等,则等于零;实际海洋中一般不等于零,对大部分海域它大于零或小于零;
确定N2对M2、S2对M2、K2对M2、K2对S2、P1对K1、O1对K1、Q1对K1和Q1对O1分潮对;
4.一种纠正GPS观测得到的分潮误差的设备,其特征在于:所述设备包括至少一个处理器和至少一个存储器,所述处理器和存储器相耦合;所述存储器中存储有计算机程序或指令;所述处理器执行所述计算机程序或指令时,可以实现如权利要求1至3任意一项所述的纠正GPS观测得到的分潮误差的方法。
5.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序或指令,所述计算机程序或指令被处理器执行时,可以实现如权利要求1至3任意一项所述的纠正GPS观测得到的分潮误差的方法。
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