联合移动GNSS和参考站网络数据获取实时水汽分布与预报研究

Real time water vapor distribution and prediction have theoretical and applicable value for the prediction of rainstorm and flood disasters as well as the choosing of the best time and the best location for increasing rain by human. GNSS reference station network is the foundation of water vapor detecting and predicting. The crisscrossing traffic network is a new platform for water vapor detecting. The key problem for real time distribution and prediction of water vapor is the estimate of real time troposphere delay, which has some problems as follows:1. Insufficient accuracy of troposphere parameter estimate which results from inadequate accuracy of satellite clock correction prediction. 2. Insufficient spatial resolution of water vapor because of inadequate number of reference stations and unreasonable distribution.3. Absolute troposphere delay estimate problem for moving GNSS receiver. To solve the above problems, we present the following proposals:1.Making use of GNSS data on moving platforms to solve the insufficient spatial resolution of troposphere distribution.2. Combing undifference model and double-difference model to process reference station network data and moving platform data to solve the problem of absolute troposphere delay estimate for moving GNSS receiver. 3. Combing IGS ultra-rapid orbital and clock correction products and regional reference station data to improve the accuracy of satellite clock correction as well as to inhance the precision of troposphere delay estimate. 4. Making use of wavelet analysis to predict clock correction and water vapor distribution.

(限400字)：实时水汽分布与预报对于暴雨与洪水等灾害预报以及人工增雨最佳时机和位置选择具有重要理论和现实意义。GNSS参考站网络构成了水汽探测与预报的基础，而纵横交错的交通网络提供了移动水汽探测的新平台。实时水汽分布与预报的关键是实时对流层参数估计，目前还存在如下问题：1、卫星钟差的预报精度不足引起的对流层参数估计精度不足的问题；2、现有参考站数量不足和分布不均引起的水汽分布的空间分辨率差的问题；3、移动站的绝对水汽难以估计问题。我们通过多年研究提出从以下几个层面解决：1、利用移动平台GNSS数据填补参考站分布不均引起的水汽分布空间分辨率差的问题；2、联合非差和双差模型处理参考站和移动站数据以解决移动站绝对水汽估计问题；3、联合IGS预测轨道和钟差产品以及区域参考站数据改进卫星钟差精度以提高实时对流层参数估计精度；4、利用小波多尺度分析理论解决卫星钟差预报和水汽预报问题。

课题“联合移动GNSS和参考站网络数据获取实时水汽分布与预报研究”，从2012年开始到2016年这四年的时间里，组织开展了大量而深入的研究开发工作，以“科学应用”为目标，通过“科学带动技术”的路线，确定GNSS动态对流层延迟误差分析，精密卫星钟差预报，GNSS动态水汽计算，水汽分布与预报作为项目的关键问题；开发了精密定位定轨软件系统（PLAOD），借助该软件分析了各类误差的影响规律；研究了非差对流层延迟估计方法；研究了双差对流层延迟估计方法；绝对水汽与相对水汽融合方法；高阶电离层误差对水汽反演的影响；提出了基于小波分析的卫星钟差预报方法，提出了动态单历元模糊度解算方法;提出了附加轨迹约束的动态GNSS模糊度分解方法；研究了GNSS三维水汽层析方法，提出了三维水汽层析中垂直不均匀分层方法和水平不均分层方法；对比研究了动态GNSS水汽反演的方法和精度；研究了GNSS可降水汽用于暴雨预报的可行性；提出了基于小波神经网络的水汽预报方法；开发了系列软件；毕业博士研究生2人，毕业硕士研究生14人；发表科学和技术论文二十余篇。本课题完成的工作证明了联合移动GNSS和参考站网络数据进行GNSS反演大气水汽的可行性和科学价值，可弥补参考站数量不足引起的水汽反演空间分辨率问题，为一个生产性运行的移动水汽反演系统的建设奠定了基础。本报告全面回顾了项目执行期间的工作开展情况。