机载GNSS反射信号海面测高模型的研究

相对于岸基GNSS-R技术，机载GNSS-R优势在于其空间分辨率高、监测范围广，可对特定区域范围进行高分辨率监测，兼具了灵活的高度和方位调节的同时保障了更高的数据质量。本文主要研究了机载GNSS-R测高模型，依据岸基GNSS-R码测高原理，针对大气延迟、天线距离等进行修正，优化机载测高模型，同时采用DTU10全球海面平均高度及潮汐模型验证机载GNSS-R测高模型的精度。通过分析2011年11月11日，CSIC-IEEC在芬兰波罗的海的GNSS-R机载数据，针对不同仰角下的实验数据进行反演，成功地实现了亚米级机载海面高度反演，得出仰角大小会对测高结果精度产生较大影响的结论，定性分析了仰角大小所引起的误差范围。本文的结果证明了机载GNSS-R的海面测高的可行性。     

GNSS-R海洋遥感监测技术综述

介绍了GNSS-R海洋遥感的发展过程、技术原理和理论模型,进一步研究了GNSS-R在海洋遥感各应用领域的主要研究内容,探讨了GNSS-R海洋测风、测高、海冰监测、溢油检测和移动目标探测的技术途径,概述了GNSS-R海洋遥感监测技术所涉及的反演理论和信息提取方法,并根据现有研究成果和海洋遥感的应用需要,提出今后需解决的关键技术和未来的发展方向。     

GNSS-R观测下的海面飓风风速反演

利用全球导航卫星系统在地球表面的反射信号（GNSS-R）进行海面风速反演已经被广泛研究并作为一种重要的遥感手段。目前,该L波段微波信号的相关功率已可以在多普勒频率和时延码片空间进行多普勒时延图像的成像。由于该图像的图像特征与海面粗糙度有较高的相关性,因此能够用来进行海面风场反演。然而,对于该遥感手段而言,其双基雷达前向散射截面（BRCS）理论上与海面粗糙度有更高的相关性,如同目前合成孔径雷达使用后向雷达散射截面而非相关功率。所以,本文通过改进已有的GNSS-R的双基雷达散射截面方程,代替相关功率在多普勒时延空间进行成像,得出了与海面粗糙度相关的双基雷达散射截面图像（BRCS map）。基于该图像,本文提出了三种与其形状特征相关的观测量,通过2005年Dennis飓风GNSS-R机载数据生成的16000多幅图像进行地球物理模式函数建模并与经典的一维时延波形匹配方法得出结果进行对比分析,得出更为精确的风速反演结果。     

国外导航卫星的反射信号在海洋遥感中的应用分析

为了详细了解国外导航卫星反射信号(GNSS-R)新技术在海洋遥感方面的研究进展,在外文文献调研的基础上,详细阐述了GNSS-R的反射率和双基雷达两种方法在海洋监测应用的遥感技术原理,介绍了海面风场遥感、海冰遥感和海面测高等方面的的理论模型和方法。高空间分辨率和高时间分辨率是导航卫星反射信号在海洋中应用的最大优势。虽然GNSS-R的海洋气象要素反演技术只有十几年的发展历史,但是它已经在海洋天气预报和全球气候变化等领域显示出广阔的应用前景和巨大潜力,未来必将成为海洋大气探测的重要技术手段。     

岸基GNSS反射信号延迟多普勒图变化特征分析

GNSS-R(Global Navigation Satellite System-Reflections)技术是一种可用于海面参数遥感探测的新兴技术,是当前国内外的研究热点之一。GNSS海面反射信号的延迟多普勒图像(DelayDoppler Map,DDM)是GNSS-R技术应用的重要理论基础。基于Z-V模型确定了岸基GNSS反射信号DDM的理论仿真方法和流程,并进行了实验验证,实验结果显示,仿真DDM与实测DDM之间具有很好的一致性。同时,全面系统地分析了风速、风向、接收天线高度和卫星仰角4个参数对DDM变化特征的影响规律,仿真结果显示:风速和接收天线高度的影响呈单调特性;风向的影响呈周期特性;卫星仰角的影响则比较特殊,在30°以下时呈现明显的单调性,大于30°时误差几乎相同,即具有窗函数选择特性,这种变化特征为利用DDM反演海面波浪、风场数和海面粗糙度等参数提供了理论依据和参考。     

GNSS-R信号测量海面有效波高的应用

全球导航卫星系统反射信号GNSS-R(Global Navigation Satellite System Reflection)可以用来探测海面状态,如海面有效波高。介绍了利用GNSS反射信号测量海面有效波高的观测设备和技术原理,对2009年博贺实验的数据进行了分析,证实了反射信号相关复数场的有效相关时间与有效波高之间存在相关,利用前期观测的数据进行拟合,得出反演公式,并与测波雷达数据进行了结果对比,平均误差0.136m,相对偏差12.02%,均方根偏差0.169m。     

GNSS-R海面测高算法

研究了GNSS-R海面测高的原理和主要误差源,对测高中的两个关键算法进行了研究,包括利用梯度法直接从实测数据中计算镜点位置,利用非线性回归算法计算相关波形峰值点的位置,并在此基础上研究了散射延迟的问题。     

《海洋测绘》2002年1～6期总目录

综　述卫星测高原理及其应用 (1— 5 7)卫星测高在确定地球重力场中的应用 (2— 5 9)卫星测高在海洋学中的应用 (3— 5 8)卫星测高在海洋测绘中的应用 (4— 5 8)多波束测深系统的现状与发展趋势 (5— 3)沿岸水深测量技术方法的探讨 (6— 6 0 )海洋测量卫星测高资料在反演海底地形中的应用 (1— 3)南海海底地形的卫星测高数据反演 (1— 8)天津港精密水深测量的实现 (1— 30 )多波束系统的参数误差判断及校正 (1— 33)海洋测深中时移和偏移效应综合分析与改正 (2— 9)南海海域岛屿高程基准确定与计算 (2— 14 )磁偶极子磁场空间分布模式 (2— …     

北斗系统3个频段信号反演潮位高度技术研究

全球性海平面的上升可能会对沿海地区的社会活动产生重大的影响，因此，监测和了解海平面变化显得非常重要。本文依据信号的信噪比（SNR）测高原理，通过分析2014年9月5-31日，在中国浙江省舟山市的大洋山岛上所收集的北斗3个频段的卫星信号，成功地实现潮位高度反演。其中，B1频段反演结果的标准差（STD）为33.82 cm，相关系数为95.98%；B2频段反演结果的STD为38.48 cm，相关系数为94.68%；B3频段的反演结果的STD为34.56 cm，相关系数为96.08%。这是首次关于北斗3个频段信号的SNR测高研究。本次实验论证了该方法在北斗系统上的可行性，同时对北斗B1、B2、B3频段的信号在SNR测高中的性能作了对比分析。     

利用机载GNSS反射信号反演海面风速的研究

全球卫星导航定位系统的反射信号(GNSS-R)遥感技术作为一种新型的、低成本的、高机动性的海面微波遥感测风技术,与其他测风手段优势互补,可以增加测风手段的多样性,弥补局部测风手段不足的状况。研究了接收机在机载高度时,GPS反射信号功率理论模型四部分函数的性质,在此基础之上,数值模拟了机载高度下理论相关功率波形,基于海面风速对波形峰值与后沿的影响,提出了一种能够兼顾所有理论波形信息的二维插值风速反演方法。利用该方法,结合实测机载数据对海面风速进行反演,反演的风速均值与附近测站风速均值相差为1.4 m/s,与浮标数据相一致。     

Water Level Retrieval Using SARAL/AltiKa Observations in the Braided Brahmaputra River,Eastern India

In this study, water level retrieval over the Brahmaputra river was done using different retracking algorithms for the 40 Hz waveform data of SARAL/AltiKa satellite. Water level was retrieved at 10 different locations of the river to evaluate the performance and accuracy of Ka band altimeter over the braided river system. Different retracking algorithms such as ice-1, ice-2, threshold, and beta parameter were used to retrieve water levels. A correlation and error analysis between the in-situ and satellite altimetry derived river levels was carried out for all the stations. Performance and accuracy analysis has established that water level can be retrieved with less than 40 cm root mean square error (RMSE) for most of the braided reaches of the river. The statistical analysis have found that Beta parameter algorithm has performed best in most of the cases amongst the different retracking algorithms used in this study. The water levels derived from 10 different locations were used to generate water surface elevation profiles for the monsoon and nonmonsoon periods. The water levels and the water surface profiles derived from satellite altimetry indicate the potential use of altimeters for the parameterization and calibration of river hydrological, hydrodynamic and sediment transport models.     

基于ADS40无控条件的海岛礁地形测量方法研究

针对远离大陆的海岛礁地形测绘与高程基准转换困难的问题,基于ADS40航摄系统获取远离大陆的海岛礁区域遥感影像,按照GPS差分无地面控制点的空中三角测量模式实现海岛礁的地理定位,选择高精度的卫星测高模型实现海岛礁区域的高程基准转换。在某海域进行了ADS40测量作业与高程基准转换试验,结果表明,无地面控制点空中三角测量的平面精度达到0.587m;基于卫星测高模型进行垂直基准转换的精度与同步验潮水位观测法得到的高程传递精度相当。     

Reconstruction of mean dynamic topography of the Black Sea for altimetry measurements

In this study a new approach for reconstructing the Mean Dynamic Topography of the Black Sea is applied. Constant observations (SVP measurements), drifters, and data of vertical sounding of the temperature and salt content together with measurements of sea level anomalies received from Topex/Poseidon mission satellite data were used. The absolute sea level received by altimetry data using the mean dynamic topography received during work was compared to the dynamic level received according to independent marine surveys. The comparison showed that the method represented in the study permits one to define more exactly the dynamic topography of the Black Sea when compared with the studies of previous authors. The results of this study will be useful to reconstruct the areas of the geostrophic currents according to satellite altimetry.     

黄海、渤海TOPEX/Poseidon高度计资料潮汐伴随同化

首先将大约10a的TOPEX/Poseidon(T/P)高度计资料沿星下轨迹点做潮汐调和分析,提取得到各分潮的调和常数,利用伴随同化方法,同化到二维非线性潮汐数值模式中,模拟了黄海、渤海区域M₂,S₂,O₁,K₁等4个潮汐分潮,并根据计算结果给出了各分潮的同潮图.将计算值与观测值的进行偏差统计,结果表明计算值与验潮站资料符合良好.研究过程中做了两类试验:一类试验是针对不同的参数进行优化,一类试验是针对不同的资料进行同化.第一类试验表明:将开边界条件和底摩擦系数同时作为模型优化的控制参数,其结果明显优于单独优化开边界条件;第二类试验表明:同时同化高度计资料与验潮站资料,比单独同化其中任一种资料,对模式计算结果都有较好的改进.研究结果表明,采用伴随同化方法,利用T/P高度计资料和验潮站资料作为同化数据能有效改进模拟结果,用来反演黄海、渤海的潮波系统是可行的.     

Assimilation of the Data of Satellite Altimetry in an Eddy-Resolving Model of Circulation of the Black Sea

The data of satellite altimetry are used to simulate the Black-Sea circulation. The altimetry data of the TOPEX/Poseidon and ERS satellites are prepared within the framework of the NASA Ocean Altimeter Pathfinder project. The additional data processing is performed to compute the dynamic level reflecting the circulation of the Black Sea. The altimetry sea-level is assimilated in an eddy-resolving model of circulation of the Black Sea based on primitive equations. The accuracy of the obtained fields of temperature and salinity is estimated by comparing with the data of large-scale hydrographic surveys according to the ComSBlack program. The prognostic capabilities of the proposed model are estimated by comparing the obtained results with the fields computed with the help of assimilation of the altimetry data.     

基于影像纹理特征和外部风向的星载 SAR 海面风场反演研究

在合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)海面风场反演中,基于风条纹影像纹理特征的海面风向反演方法精度高,但是依赖于图像风条纹的存在,而外部风向信息与SAR资料时空分辨率不易匹配、精度较低,从而影响大面积、高分辨率海面风场反演的精度。针对此问题,提出一种将SAR图像风条纹线性纹理特征与外部风向信息相结合的星载SAR海面风向获取方法,在SAR影像线性纹理特征明显的区域采用二维连续小波变换得到高精度的海面风向,其余区域采用与之时空相匹配的数值预报模式风向填充;并利用地球物理模型函数进一步得到海面风速,进而实现高精度、大范围海面风场的反演。为验证本文方法的有效性,利用ENVISAT/ASAR数据进行风场反演试验,并将反演结果与浮标实测数据进行比对。结果表明:在线性纹理特征明显的区域,小波方法的反演精度优于快速傅里叶变换(FFT)法和数值预报模式风向;外部风向精度略低,但与SAR观测资料时空匹配性较好,弥补了风条纹风向的不足。二者的结合为星载SAR海面风场反演的业务化应用提供了支持。     

乌梁素海沉水植物群落光谱特征及其受覆盖度的影响分析

沉水植物是湖泊生态系统重要组成,也是水质与健康状况的指标性类群,可以采用遥感技术对其生长和分布情况进行监测.基于实测光谱数据,分析了乌梁素海沉水植物光谱特征,研究了覆盖度对乌梁素海沉水植物反射光谱的影响,建立了乌梁素海沉水植物覆盖度反演模型.结果 表明;沉水植物群落的光谱反射率随覆盖度减少而下降,覆盖度为1％～20％时...     

基于与Jason-2数据比对的Jason-3卫星高度计全球数据质量评估

Jason-3卫星高度计于2016年1月17日成功发射，2016年2月12日进入预定轨道，与Jason-2高度计同轨进入编队飞行阶段，并落后Jason-2高度计约1分20秒，两者相距约560 km。2016年9月1日，Jason-2高度计变换轨道，编队飞行阶段结束，两高度计进入平行轨道，以增加卫星高度计对地观测的空间覆盖。本研究主要开展了Jason-3高度计的数据质量的评估与检验，包括Jason-3高度计数据可用性和有效性的验证，以及Jason-3高度计和校正辐射计各参数的数据质量监测。重点开展了Jason-2与Jason-3高度计各项参数的综合比较，利用Jason-2与Jason-3高度计编队飞行阶段的数据精确评估了两高度计参数的一致性，并从全球数据角度分析了Jason-3高度计获取各参数的能力以及稳定性；通过与Jason-2互交叉点比较分析评估Jason-3高度计海面高度数据质量情况，验证Jason-3高度计数据精度。结果表明，Jason-3高度计的数据质量满足高度计测高的要求，具有与Jason-1、Jason-2、T/P等高度计相同或更高的测高精度以监测全球海平面变化，此外，Jason-3有效波高参数数据质量明显优于Jason-2高度计。