CN115184967A - 一种扫描微波辐射计水汽数据的gnss校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扫描微波辐射计水汽数据的GNSS校正方法,属于卫星大地测量技术领域,用于辐射计水汽数据的校正,包括提取GNSS站点周边4°×4°区域的SMR网格点水汽数据和ERA5格网数据,利用GNSS观测数据计算站点上空对流层湿延迟,通过GNSS站点周围4个ERA5网格点的地表温度进行双线性内插得到站点处的地表温度,计算出水汽转换因子,将湿延迟转换得到站点处的GNSS PWV,并进行高程改正得到海平面高度水汽值;利用ERA5水汽计算各网格点相对于GNSS站点的水汽空间改正值,得到网格点处水汽参考值,将SMR网格点水汽数据与参考水汽求差,进行误差统计和精度评价。
Description
技术领域
本发明公开了一种扫描微波辐射计水汽数据的GNSS校正方法,属于卫星大地测量技术领域。
背景技术
利用岸基GNSS反演PWV进行HY-2A CMR水汽数据的传统检校方法,通常是将GNSS站点周围一定范围(如100km、200km)内的CMR水汽数据,采用反距离加权方法内插计算得到GNSS站点处的水汽: ,,式中,为利用CMR水汽计算得到的GNSS站点处水汽值,为CMR水汽数据,为CMR水汽数据的权值,为CMR水汽数据点至GNSS站点的距离(单位:km),然后再将与GNSS PWV比较,进行CMR水汽数据的误差统计和精度验证。上述检校方法同样适用于HY-2B SMR水汽数据的检校,但是该方法只能对GNSS站点周围一定区域范围内的CMR/SMR水汽数据精度进行综合评定,不能实现对CMR/SMR水汽数据点的精准检校。
现有技术方法在应用中,SMR格网点水汽相对于站点GNSS PWV的平均偏差的数值由北向南逐渐减小,RMSE随着至GNSS站点距离的增大而增大,水汽的空间变化特征明显;但是,水汽平均偏差的绝对值和RMSE的变化并非严格与至GNSS站点的距离成反比关系,因此传统的反距离加权内插计算水汽的方法并不严谨,从而使得CMR/SMR水汽数据的检校精度也不够准确。
发明内容
本发明提出了一种扫描微波辐射计水汽数据的GNSS校正方法,解决现有技术中CMR/SMR水汽数据的检校不精准的问题。
一种扫描微波辐射计水汽数据的GNSS校正方法,包括:
S2、站点GNSS PWV计算,利用GNSS观测数据计算站点上空对流层湿延迟,通过GNSS站点周围4个ERA5格网点的地表温度进行双线性内插得到站点处的地表温度,计算出水汽转换因子,将湿延迟转换得到站点处的GNSS PWV,并进行高程改正得到海平面高度的参考水汽;
S3、水汽空间改正值的计算;
S4、SMR格网点处水汽参考值的计算;
优选地,所述双线性内插的算法如下:
其中,为取整符号;为待求点的纬度,为待求点的经度,为西北角网格点纬度,为西北角网格点经度,单位为度;为网格点的行数,为网格点的列数;代表第x行y列网格点的值;、、和为待求站点所在网格单元四个网格点的坐标;为待求格网点的值,表示待求站点所在网格单元四个网格点的值。
优选地,所述湿延迟转换包括:
优选地,所述高程改正包括:
优选地,S3包括:将区域内网格点水汽进行高程改正得到,利用GNSS站点周围4个网格点的进行双线性内插计算,得到,利用各格网点和站点海平面高度的大气可降水量,计算各格网点相对于GNSS站点的水汽空间改正值:
与现有技术对比,本发明的有益效果是:经过水汽空间改正后,得到了HY-2B SMR各格网点的精确PWV,从而实现了SMR水汽数据的精准检校;SMR各格网点水汽数据相对于参考水汽的平均偏差和RMSE均具有良好的稳定性,反映了SMR水汽数据质量较好;本发明得到的SMR水汽数据的RMSE比传统方法小,其精度指标更为可靠。
附图说明
图1为本发明的技术流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明:
一种扫描微波辐射计水汽数据的GNSS校正方法,如图1,包括:
S2、站点GNSS PWV计算,利用GNSS观测数据计算站点上空对流层湿延迟,通过GNSS站点周围4个ERA5格网点的地表温度进行双线性内插得到站点处的地表温度,计算出水汽转换因子,将湿延迟转换得到站点处的GNSS PWV,并进行高程改正得到海平面高度的参考水汽;
S3、水汽空间改正值的计算;
S4、SMR格网点处水汽参考值的计算;
所述双线性内插的算法如下:
其中,为取整符号;为待求点的纬度,为待求点的经度,为西北角网格点纬度,为西北角网格点经度,单位为度;为网格点的行数,为网格点的列数;代表第x行y列网格点的值;、、和为待求站点所在网格单元四个网格点的坐标;为待求格网点的值,表示待求站点所在网格单元四个网格点的值。
所述湿延迟转换包括:
所述高程改正包括:
本发明实施例获取的数据基于扫描微波辐射计SMR,将GNSS观测和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的第五代大气再分析资料(ERA5)数据进行融合处理,利用ERA5计算的大气可降水量PWV进行岸基GNSS PWV的空间改正。
以IGS跟踪站ASCG为例,采用2021年ASCG站点GNSS观测数据、ERA5数据和HY-2BSMR水汽产品,首先利用ERA5 PWV对站点GNSS PWV进行空间改正,得到SMR格网点处的水汽参考值;然后将SMR格网点水汽数据与参考水汽比较,并进行误差统计和精度分析。
采用本发明提出的HY-2B SMR水汽数据的GNSS校正方法,获取200km范围内2021年SMR水汽数据相对于格网点参考水汽的平均偏差和RMSE分布,融合岸基GNSSPWV和ERA5数据,经过水汽空间改正后,得到了HY-2B SMR各格网点的精确PWV,从而实现了SMR水汽数据的精准检校;SMR各格网点水汽数据相对于参考水汽的平均偏差和RMSE均具有良好的稳定性,反映了SMR水汽数据质量较好。
利用传统方法与本发明提出的新方法,分别对50km、100km、150km和200km范围内2021年HY-2B SMR水汽数据进行检校,并进行误差统计和精度评价。表1为两种方法得到的SMR水汽数据的平均偏差和RMSE,其中新方法是将所有格网点的平均偏差和RMSE取均值。由表1可以看出,新方法得到的SMR水汽数据的平均偏差比传统方法略大,主要是由于大气水汽的空间非均匀分布所致;而新方法得到的SMR水汽数据的RMSE比传统方法小,主要是由于新方法实现了SMR格网点水汽数据的精准检校,其精度指标更为可靠;传统方法和新方法得到的SMR水汽数据的平均偏差和RMSE,均随着距离的增加而变大,说明两种方法均具有一定的适用范围,而新方法在200km范围内的适用性更好。
表1 两种方法得到的SMR水汽数据的误差统计(mm)
当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。
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