【摘要】：大氣水汽的分布和變化是氣象應(yīng)用中的一項(xiàng)重要信息。現(xiàn)今對(duì)大氣水汽進(jìn)行探測(cè)的常規(guī)技術(shù)存在時(shí)空分辨率低、造價(jià)成本高、觀測(cè)精度受天氣影響大、觀測(cè)范圍局限等問題,這些問題都限制了對(duì)大氣水汽進(jìn)行高精度、高時(shí)空分辨率的動(dòng)態(tài)觀測(cè)。隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite Systems,GNSS)的快速發(fā)展,GNSS遙感大氣水汽技術(shù)憑借GNSS站網(wǎng)具有的全天候、高覆蓋率以及低成本的優(yōu)勢(shì)迅速獲得重視,其中GNSS水汽層析是目前最具應(yīng)用前景的技術(shù)之一,該技術(shù)可反演GNSS站網(wǎng)上空區(qū)域內(nèi)的高時(shí)空分辨率的大氣水汽分布。目前傳統(tǒng)的層析模型構(gòu)建較為粗略,與實(shí)際觀測(cè)區(qū)域不符,基于傳統(tǒng)模型構(gòu)建的層析區(qū)域存在大量冗余的未知參數(shù),降低了GNSS水汽層析反演結(jié)果的精度。為解決傳統(tǒng)層析模型存在的上述問題,本文針對(duì)GNSS水汽層析的關(guān)鍵技術(shù),分別研究了基于體素塊和基于節(jié)點(diǎn)的GNSS水汽層析區(qū)域定界、層析區(qū)域離散化以及層析反演問題,主要研究成果包括:1)對(duì)傳統(tǒng)GNSS水汽層析的基礎(chǔ)理論與方法進(jìn)行深入研究,針對(duì)傳統(tǒng)方法存在層析區(qū)域冗余問題,進(jìn)行了深入分析與探討,提出了基于GNSS信號(hào)空間分布的層析區(qū)域定界準(zhǔn)則,基于該準(zhǔn)則可有效的消除冗余參數(shù)所導(dǎo)致的層析模型精度與穩(wěn)定性降低等問題,有效地改善了基于體素塊和基于節(jié)點(diǎn)的傳統(tǒng)層析模型。2)構(gòu)建了基于體素塊的自適應(yīng)層析模型,該模型以體素塊作為層析區(qū)域的離散化單元,通過直線體素化技術(shù)探測(cè)包含GNSS信號(hào)線的體素塊,并利用體素塊組成層析區(qū)域,該方法根據(jù)不同層析歷元下的信號(hào)分布,自適應(yīng)的完成層析區(qū)域構(gòu)建,使層析區(qū)域與GNSS信號(hào)分布相符合;在層析區(qū)域垂直劃分方面,采用了符合水汽垂直分布特性的不均勻垂直劃分;通過實(shí)驗(yàn)證明,基于體素塊的新模型與傳統(tǒng)體素塊模型相比,具有較高的水汽反演精度以及較好的穩(wěn)定性。3)構(gòu)建了基于節(jié)點(diǎn)的自適應(yīng)層析模型,該模型以節(jié)點(diǎn)作為層析區(qū)域的離散化單元,通過凸包探測(cè)技術(shù)確定不同高度對(duì)應(yīng)的層析區(qū)域,使層析區(qū)域與GNSS信號(hào)分布相符合;最后基于桁架位移方程獲取動(dòng)態(tài)層析區(qū)域內(nèi)均勻分布的節(jié)點(diǎn)位置。該模型的層析區(qū)域隨不同時(shí)段GNSS信號(hào)分布變化而變化,同時(shí)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)保持均勻分布的特性,節(jié)點(diǎn)垂直分布采用了符合水汽特性的不均勻劃分;通過實(shí)驗(yàn)證明,對(duì)于基于節(jié)點(diǎn)的新模型較傳統(tǒng)模型,具有較高的水汽反演精度以及較好的穩(wěn)定性。4)提出了ART(Algebraic Reconstruction Technique)排序算法,該方法通過對(duì)不同類型層析方程組所具備的精度與信息量不同,進(jìn)行分組排序,在進(jìn)行ART迭代的過程中,更傾向精度較高且信息量較大的方程組提供的信息;而針對(duì)層析觀測(cè)方程組,提出了基于素?cái)?shù)分解排序的ART算法,該方法通過對(duì)層析觀測(cè)值進(jìn)行排序,減弱了迭代步驟中相鄰方程之間的相關(guān)性,提高了結(jié)果的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,基于ART排序的GNSS水汽層析可根據(jù)不同歷元的層析觀測(cè)值,自適應(yīng)的進(jìn)行層析方程組的排序,改善層析反演結(jié)果的精度。
【圖文】：

12圖 1-1 技術(shù)路線圖Figure 1-1 Technology roadmap1.5 章節(jié)安排（Chapter Arrangement）本文分為六個(gè)章節(jié)，具體安排如下：第一章介紹了 GNSS 水汽層析技術(shù)在大氣水汽監(jiān)測(cè)與應(yīng)用方面的研究背景與意義。概述了水汽對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)、國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及生態(tài)環(huán)境的影響，介紹

GNSS 水汽層析模型主要由層析區(qū)域建模、層析區(qū)域三個(gè)部分組成。傳統(tǒng)方法一般對(duì)于區(qū)域建模以及區(qū)域離優(yōu)化，，而這兩部分直接影響層析方程構(gòu)建及其解算的質(zhì)個(gè) GNSS 水汽層析的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹。區(qū)域建模區(qū)域即 GNSS 信號(hào)所覆蓋的對(duì)流層區(qū)域，由于大部分，因此層析區(qū)域在垂直方向上的高度一般都是從地表km 左右，根據(jù)不同地區(qū)的實(shí)際情況，層析區(qū)域頂層高域的水平范圍則根據(jù)采用的 GNSS 站網(wǎng)規(guī)格而有所不析水平區(qū)域比 GNSS 網(wǎng)略大一些，這是因?yàn)?GNSS 網(wǎng)來自多個(gè)方向，其中自然包括了 GNSS 站網(wǎng)凸包外側(cè)的同時(shí)間段，GNSS 星座幾何位置不同，層析區(qū)域需要比容各個(gè)時(shí)段對(duì)應(yīng)的 GNSS 信號(hào)覆蓋區(qū)域。如圖 2-1 所示為簡(jiǎn)單，主要方法就是采用一個(gè)事先設(shè)計(jì)好長寬高的長
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P228.4;P412

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2670186