[发明专利]高阶项电离层延迟对GPS坐标时间序列影响的量化方法

说明书

本发明公开了一种高阶项电离层延迟对GPS坐标时间序列影响的量化方法，包括：收集GPS基准站的原始观测数据；基于历史观测数据获得仅考虑电离层延迟一阶项的GPS坐标时间序列，记为序列A；基于历史观测数据计算经电离层高阶项改正后的GPS坐标时间序列，记为序列B；将序列A和序列B在时间域对齐后相减，获得GPS基准站的高阶项电离层延迟影响时间序列，记为序列C；对序列A、序列B、序列C分别进行噪声分析，获得各序列对应的测站速度、噪声特性和季节性信息，从而量化高阶项电离层延迟的影响。本发明可定量确定高阶项电离层延迟对测站坐标时间序列的影响，能更好的解释GPS坐标时间序列中呈现的非线性变化来源。

技术领域

本发明属于非线性时间序列分析技术领域，并具体涉及一种高阶项电离层延迟对GPS坐标时间序列影响的量化方法。

背景技术

除了由测站所处板块构造运动引起的线性趋势外，GPS坐标时间序列中还呈现显著的非线性变化，主要表现为季节性的上下波动。这些非线性变化主要包括三种类型：(1)GPS数据处理过程中部分因素未模型化引起的虚假非线性变化，包括高阶电离层延迟、未模型化的海洋潮汐分量、S1-S2大气潮汐等；(2)由地球物理效应引起的测站参考点的真实非线性运动，包括大气负载、非潮汐海洋负载、水文负载、热膨胀效应等；(3)观测噪声。完善GPS精密数据处理模型、定量确定GPS技术类误差引起的虚假非线性变化，可以得到更为真实的测站运动趋势，为监测研究地球系统的长期变化提供真实、可靠的基础数据。

电离层延迟是GPS定位误差的主要来源之一，电离层延迟一阶项可以通过LC组合观测值消除。已有的研究成果表明，未考虑二、三阶等高阶项电离层延迟会造成GPS坐标时间序列中呈现虚假非线性信号，同时也会造成厘米级的卫星位置和地球自转参数解算偏差(Fritsche等，Geophysical Research Letters，Impact of higher-order ionosphericterms on GPSestimates，2005)。Petrie等学者(Journal of Geophysical Research，Higher-order ionospheric effectson the GPS reference frame and velocities，2010)讨论了高阶项电离层延迟对于GPS参考框架、速度场的影响，认为忽略高阶项会造成约10mm的平移参数变化、0.05ppb的尺度变化以及参考ITRF2005高程方向高达0.34mm/yr的偏移量。上述研究表明，电离层高阶项延迟对GPS基准站的影响可达厘米级，所引起的测站位置变化具有区域性的偏移规律和季节性特征，影响量级的大小与卫星轨道的精度、总电子含量、所使用的地磁场模型存在相关性。然而基于长时间跨度的坐标时间序列，高阶电离层延迟对测站坐标、季节性信号以及噪声特性的定量影响还有待研究。

发明内容

针对长时间跨度GPS坐标时间序列，难以定量确定高阶项电离层延迟对测站坐标、序列周期性信号、噪声特性以及坐标参考框架实现的影响，本发明提出了高阶项电离层延迟对GPS坐标时间序列影响的量化方法，从而可获得更为真实的测站非线性运动信号。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

高阶项电离层延迟对GPS坐标时间序列影响的量化方法，包括：

S1收集GPS基准站的原始观测数据；

S2基于历史观测数据进行基线解算，仅考虑电离层延迟一阶项，经网平差后将基准统一到ITRF框架下，获得仅考虑电离层延迟一阶项的GPS坐标时间序列，记为序列A；

S3基于历史观测数据进行基线解算，考虑电离层延迟的二阶项与三阶项，计算经电离层高阶项改正后的GPS坐标时间序列，记为序列B；

S4将序列A和序列B在时间域对齐后相减，获得GPS基准站的高阶项电离层延迟影响时间序列，记为序列C；