本申请要求申请日为2019-12-27、国籍为中国、申请号为201911382998.5的优先权。
本申请涉及对流层大气测量技术领域，尤其涉及一种天顶对流层湿延迟计算方法和相关装置。
背景技术：
全球导航卫星系统(globalnavigationsatellitesystem，gnss)广泛应用于军事或民用领域，可用为用户提供精确的定位和导航等服务。gnss卫星信号经过对流层时，对流层对其传播速度延迟和传播路径弯曲延迟两部分产生影响，而由此产生的路径延迟为对流层延迟。而一个高精度的天顶对流层延迟计算模型，有助于增加长基线的定位精度，因此提供一个高精度的天顶对流层延迟计算方法显得尤为重要。
技术实现要素：
本申请提供了一种天顶对流层湿延迟计算方法和相关装置，用于解决传统的天顶对流层湿延迟计算方法存在的计算精度低的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种天顶对流层湿延迟计算方法，包括：
建立大气加权平均温度模型和天顶对流层湿延迟模型；
将获取的地表处的比湿、温度和大气压强输入至所述大气加权平均温度模型，输出大气加权平均温度；
将所述地表处的比湿、大气压强和所述大气加权平均温度输入至所述天顶对流层湿延迟模型，输出天顶对流层湿延迟值。
优选地，所述大气加权平均温度模型为：
其中，tm为大气加权平均温度，rv为湿大气常数，rd为干大气常数，qs为地表处的比湿，ps为地表处的大气压强，
优选地，所述天顶对流层湿延迟模型为：
其中，zwd为天顶对流层湿延迟，rv为湿大气常数，k1、k2、k3为常数，rd为干大气常数，tm为大气加权平均温度，qs为地表处的比湿，ps为地表处的大气压强，λ为大气混合比，gs为重力加速度。
本申请第二方面提供了一种天顶对流层湿延迟计算装置，包括：
模型建立模块，用于建立大气加权平均温度模型和天顶对流层湿延迟模型；
第一输出模块，用于将获取的地表处的比湿、温度和大气压强输入至所述大气加权平均温度模型，输出大气加权平均温度；
第二输出模块，用于将所述地表处的比湿、大气压强和所述大气加权平均温度输入至所述天顶对流层湿延迟模型，输出天顶对流层湿延迟值。
优选地，所述大气加权平均温度模型为：
其中，tm为大气加权平均温度，rv为湿大气常数，rd为干大气常数，qs为地表处的比湿，ps为地表处的大气压强，
优选地，所述天顶对流层湿延迟模型为：
其中，zwd为天顶对流层湿延迟，rv为湿大气常数，k1、k2、k3为常数，rd为干大气常数，tm为大气加权平均温度，qs为地表处的比湿，ps为地表处的大气压强，λ为大气混合比，gs为重力加速度。
本申请第三方面提供了一种天顶对流层湿延迟计算设备，所述设备包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面任一种所述的天顶对流层湿延迟计算方法。
本申请第四方面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用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面任一种所述的天顶对流层湿延迟计算方法。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请提供了一种天顶对流层湿延迟计算方法，包括：建立大气加权平均温度模型和天顶对流层湿延迟模型；将获取的地表处的比湿、温度和大气压强输入至大气加权平均温度模型，输出大气加权平均温度；将地表处的比湿、大气压强和大气加权平均温度输入至天顶对流层湿延迟模型，输出天顶对流层湿延迟值。本申请中的天顶对流层湿延迟计算方法，通过建立大气加权平均温度模型和天顶对流层湿延迟模型来求取天顶对流层湿延迟，其中，大气加权平均温度模型考虑了比湿、温度和大气压强，通过该大气加权平均温度模型能提高大气加权平均温度的计算精度，进而提高天顶对流层湿延迟的计算精度，从而解决了传统的天顶对流层湿延迟计算方法存在的计算精度低的技术问题；并且，只需要获取地表处的比湿、温度和大气压强就能计算出天顶对流层湿延迟，操作简单。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种天顶对流层湿延迟计算方法的一个流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种天顶对流层湿延迟计算装置的一个结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种天顶对流层湿延迟计算方法的一个实施例，包括：
步骤101、建立大气加权平均温度模型和天顶对流层湿延迟模型。
需要说明的是，大气加权平均温度通常是通过无线探空数据、无线掩星产品和数值天气预报产品等数据，然后通过数学积分公式进行估算，该方法需要提供高垂直分辨率、高精度的大气产品，操作复杂，成本高，为了在不降低精度的前提下，简化操作，减少成本，本申请实施例中通过建立大气加权平均温度模型来计算大气平均温度，大气加权平均温度tm通常表示为：
其中，pw为水汽压，t为温度，hs为gnss测站高度。
在静水力平衡的条件下，本申请实施例采用静水力方程：
其中，ρm为空气密度，g为重力加速度，h为高程，p为大气压强。
比湿q满足：
其中，ρv为水汽密度，可以表示为：
其中，rv为湿大气常数。
根据公式(2)、(3)和(4)可知：
根据公式(2)和(4)可知：
式(6)等号两边同时乘水汽压pw，得：
式(7)等号两边同时除以大气温度t，得：
根据公式(8)，可知：
式中，rd为干大气常数，β为温度递减率。
水汽压与大气压力一样，都会随着高度增加而迅速降低，这种变化率可以表示为：
式中，qs为地表处的比湿，ps为地表处的大气压强，λ为大气混合比。
根据式(10)可知：
式中，
将式(5)和式(12)代入式(1)，可得大气加权平均温度模型为：
式中，rv为湿大气常数，rd为干大气常数，qs为地表处的比湿，ps为地表处的大气压强，
本申请实施例中的大气加权平均温度模型考虑了比湿、温度、大气压强和温度递减率，通过该模型计算得到的大气加权平均温度精度更高，并且不需要提供高垂直分辨率、高精度的大气产品，操作简单，成本低。
对流层天顶总延迟可以被分为干延迟和湿延迟，湿延迟可以表示为水汽压、温度和折射率常数的函数，其中，湿延迟折射率nw为：
式中，rd为干大气常数，k1、k2、k3为常数。
湿延迟zwd为gnss测站上方各个高度湿延迟的积分，即：
根据式(1)，式(15)也可以表示为：
根据式(2)、(3)和(4)，可得：
将式(10)代入式(17)，求积分，得到天顶对流层湿延迟模型为：
步骤102、将获取的地表处的比湿、温度和大气压强输入至大气加权平均温度模型，输出大气加权平均温度。
步骤103、将地表处的比湿、大气压强和大气加权平均温度输入至天顶对流层湿延迟模型，输出天顶对流层湿延迟值。
需要说明的是，将实时获取的地表处的比湿qs、地表处的温度ts和地表处的大气压强ps输入至大气加权平均温度模型，输出大气加权平均温度tm，然后将获取的地表处的比湿和地表处的大气压强输入到天顶对流层湿延迟模型，输出天顶对流层湿延迟值zwd。本申请实施例中的天顶对流层湿延迟计算方法，通过输入地表处的大气温度、比湿和大气压强便可精确地获取天顶对流层湿延迟，为gnss实时高精度解算，特别是长基线解算，提供了高精度的先验值，便于gnss解算时可以快速收敛，从而提高解算速度和精度。
本申请实施例中提供的一种天顶对流层湿延迟计算方法，包括：建立大气加权平均温度模型和天顶对流层湿延迟模型；将获取的地表处的比湿、温度和大气压强输入至大气加权平均温度模型，输出大气加权平均温度；将地表处的比湿、大气压强和大气加权平均温度输入至天顶对流层湿延迟模型，输出天顶对流层湿延迟值。本申请中的天顶对流层湿延迟计算方法，通过建立大气加权平均温度模型和天顶对流层湿延迟模型来求取天顶对流层湿延迟，其中，大气加权平均温度模型考虑了比湿、温度和大气压强，通过该大气加权平均温度模型能提高大气加权平均温度的计算精度，进而提高天顶对流层湿延迟的计算精度，从而解决了传统的天顶对流层湿延迟计算方法存在的计算精度低的技术问题；并且，只需要获取地表处的比湿、温度和大气压强就能计算出天顶对流层湿延迟，操作简单。
为了便于理解，请参阅图2，本申请提供的一种天顶对流层湿延迟计算装置的一个实施例，包括：
模型建立模块201，用于建立大气加权平均温度模型和天顶对流层湿延迟模型。
第一输出模块202，用于将获取的地表处的比湿、温度和大气压强输入至大气加权平均温度模型，输出大气加权平均温度。
第二输出模块203，用于将地表处的比湿、大气压强和大气加权平均温度输入至天顶对流层湿延迟模型，输出天顶对流层湿延迟值。
进一步地，大气加权平均温度模型为：
其中，tm为大气加权平均温度，rv为湿大气常数，rd为干大气常数，qs为地表处的比湿，ps为地表处的大气压强，
进一步地，天顶对流层湿延迟模型为：
其中，zwd为天顶对流层湿延迟，rv为湿大气常数，k1、k2、k3为常数，rd为干大气常数，tm为大气加权平均温度，qs为地表处的比湿，ps为地表处的大气压强，λ为大气混合比，gs为重力加速度。
本申请实施例还提供了一种天顶对流层湿延迟计算设备，设备包括处理器以及存储器；
存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器用于根据程序代码中的指令执行前述天顶对流层湿延迟计算方法实施例中的天顶对流层湿延迟计算方法。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行前述天顶对流层湿延迟计算方法实施例中的天顶对流层湿延迟计算方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：read-onlymemory，英文缩写：rom)、随机存取存储器(英文全称：randomaccessmemory，英文缩写：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
1.一种天顶对流层湿延迟计算方法，其特征在于，包括：
建立大气加权平均温度模型和天顶对流层湿延迟模型；
将获取的地表处的比湿、温度和大气压强输入至所述大气加权平均温度模型，输出大气加权平均温度；
将所述地表处的比湿、大气压强和所述大气加权平均温度输入至所述天顶对流层湿延迟模型，输出天顶对流层湿延迟值。
2.根据权利要求1所述的天顶对流层湿延迟计算方法，其特征在于，所述大气加权平均温度模型为：
其中，tm为大气加权平均温度，rv为湿大气常数，rd为干大气常数，qs为地表处的比湿，ps为地表处的大气压强，
3.根据权利要求1所述的天顶对流层湿延迟计算方法，其特征在于，所述天顶对流层湿延迟模型为：
其中，zwd为天顶对流层湿延迟，rv为湿大气常数，k1、k2、k3为常数，rd为干大气常数，tm为大气加权平均温度，qs为地表处的比湿，ps为地表处的大气压强，λ为大气混合比，gs为重力加速度。
4.一种天顶对流层湿延迟计算装置，其特征在于，包括：
模型建立模块，用于建立大气加权平均温度模型和天顶对流层湿延迟模型；
第一输出模块，用于将获取的地表处的比湿、温度和大气压强输入至所述大气加权平均温度模型，输出大气加权平均温度；
第二输出模块，用于将所述地表处的比湿、大气压强和所述大气加权平均温度输入至所述天顶对流层湿延迟模型，输出天顶对流层湿延迟值。
5.根据权利要求4所述的天顶对流层湿延迟计算装置，其特征在于，所述大气加权平均温度模型为：
其中，tm为大气加权平均温度，rv为湿大气常数，rd为干大气常数，qs为地表处的比湿，ps为地表处的大气压强，
6.根据权利要求4所述的天顶对流层湿延迟计算装置，其特征在于，所述天顶对流层湿延迟模型为：
其中，zwd为天顶对流层湿延迟，rv为湿大气常数，k1、k2、k3为常数，rd为干大气常数，tm为大气加权平均温度，qs为地表处的比湿，ps为地表处的大气压强，λ为大气混合比，gs为重力加速度。
7.一种天顶对流层湿延迟计算设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-3任一项所述的天顶对流层湿延迟计算方法。
8.一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用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-3任意一项所述的天顶对流层湿延迟计算方法。
技术总结