利用BP-ANN和地基单站GPS数据反演大气折射率剖面..第卷第期微波学报年月.:利用和地基单站数据反演大气折射率剖面林乐科’赵振维张业荣王红光王波.南京邮电大学通信与信息工程学院,南京;.中国电波传播研究所,青岛摘要:分析表明地基单站接收机低仰角信号的斜路径延迟是适合进行大气折射率剖面反演的基础量,为此建立了五层.后向传播人工神经网络用于大气折射率剖面的反演。利用青岛地区年的历史探空数据进行网络训练和仿真反演,仿真反演结果与探空剖面有很好的一致性。关键词:斜路径延迟,大气折射率剖面,后向传播网络,全球定位系统...,,,?,.,,,;.,∞,:...,.?..:,,,剖面信息,因此其有可能成为感知大气折射率剖面引言的有效手段。由于对流层大气的折射效应,使无线电测控、定根据青岛地区?年年的历史探空数据,利用射线描迹法仿真得到了低仰角的斜路径位、导航、探测等系统出现测量误差,而大气折射率延迟,利用以上延迟与剖面数据对所建立的五级剖面是修正测量误差的基础数据,传统的探测方式神经网络进行训练,结果与实际剖面有较好的一致是利用探空气球取得的气象参数通过转换获得,但性。最后给出了神经网络在地基大气折射率是探空气球探测一次剖面需要分钟左右,不能满反演中的实际应用方法。足实时应用的需求。而基于地面气象数据的经验模式如模式?、分段模式、指数模式等,所斜路径延迟分析与计算预报剖面与实际剖面有较大误差,难以满足精度要利用青岛地区?年的晴空大气特性求越来越高的应用需求,因此有必要发展大气折射层探空数据,进行斜路径延迟的分析与计算。在数率剖面的实时感知能力。由于地基接收机在据处理时,将含有相对湿度大于%的特性层数据定位过程中所获得的斜路径延迟包含一定的折射率收稿日期:微波学报年月以及最大高度小于的特性层数据舍弃。通过剖面气象参数获得折射率剖面后,采用射线描迹式中和分别为天顶静力延迟和湿延迟,和分别为静力映射函数和湿映射函数。法获得斜路径延迟:?。初步的比较表明,青岛地区映射函数和映射函数优于斜路径延迟模型。其中和。分别为视在距离和真实距离:图给出了月份仰角。时采用映射函?二数计算的斜路径延迟误差与的比较,可以看到映射函数的误差远小于,因此由映射函数得到的√一/斜』一?二二二/一其中。、分别为地面站和中性大气层顶与地心的距离,/为距地心处的折射率,实际探空数据到达不了中性大气层顶,在这里由模型补齐中性大气层顶高度也由模型计算,为地心张角,为常数:为视在天顶角视在仰角的余角。图映射函数计算的斜延迟误差与比较仰角越低,穿越大气层的路径越长,折射效应越网络反演方法显著,显然,低仰角的斜路径延迟更适合进行折射率由~式可知,反演问题实质是求解积分剖面反演。采用与直线距离延迟之差来衡量方程,由于该积分方程比较复杂,目前还不能求出其剖面包含的信息量:精确的解析解,只能根据实际问题通过数值计算的:一.。一方法来尽可能准确地逼近真实解。神经网络算法在其中为天顶延迟。当仰角较大时,比较小,解决非线性近似方面有着巨大的优势,并且已经成可能会淹没在各种测量噪声与误差之中,当仰角较功地应用于微波辐射计大气参数剖面反演,其中低时,增大,才有可能进行反演。例如,对青岛地后向传播神经网络是应用最为广泛的一种神经区月份探空数据的分析发现,仰角为。时的网络算法。本文借鉴微波辐射计的神经网络反演方约为,而仰角为。时的只有.左右,相法,将神经网络应用于大气折射率剖面差超过倍。的反演。由~式可知,计算时采用的是视在利用神经网络拟合斜路径延迟、地面温湿天顶角,但是接收机一般采用的是全向天线,压参数与大气折射率剖面之问的非线性关系。网络因此无法得到,如果由精密星历假定可以以地面的压强、温度、水汽密度以及斜路径延迟为输得到获得卫星的准确位置,则真实天顶角是可以人参数,而网络输出的是待反演大气折射率垂直剖知道的,因此在已知折射率剖面的情况下,需要由真面。网络采用五层全连接的神经网络结构图实天顶角获取视在天顶角的方法。已知可以由视在,其输入矢量的长度为个变量,输出矢量为天顶角计算真实天顶角:个反演值。各层神经元均采用对数正切型函数:。、,:并且越接近实际视在天顶角,计算得到的真...