Jason-2高度计数据在中国四大海域的波形重跟踪与分析

在Brown-Hayne模型基础上,利用迭代最小二乘算法实现了回波波形参数的重跟踪,同时利用重心偏移算法(OCOG)、阈值算法对Jason-2 卫星的波形数据在中国渤海、黄海、东海、南海4个海域开展了波形重跟踪试验。试验表明,在4个海域,Brown-Hayne模型法获得的波形重跟踪结果相比较于阈值法、OCOG算法与法国空间局(CNES)公布结果最为一致,相互较差的标准差约2 cm左右。50%阈值算法获得的波形重跟踪结果相比较于其它阈值精度更优,与CNES比较其标准差在3~6 cm,但存在4~10 cm的系统偏差。OCOG算法获得的结果存在较大误差,但其结果可作为Brown-Hayne模型解算的初始值。当卫星地面轨迹靠近大陆时,波形重跟踪获得的海面高改正量会较宽阔海域增大,其中南海区域的海面高改正量最大,可达1 m,其原因可能是卫星地面轨迹经过了西沙群岛,雷达回波波形受到了一定的影响。     

长江口EnviSat测高数据的波形分类重构分析

采用波形分类重构算法处理EnviSat卫星从2002年10月至2010年5月在长江口近岸海域28°N~32°N、121°E~125°E范围内的波形数据。该区域内海洋波形、波形后缘前端出现峰值的波形、波形后缘后端出现峰值的波形、似镜面波形和复杂波形分别占89.03%、2.95%、0.45%、3.31%和4.26%。根据不同的波形类别采用不同波形算法进行波形重构。同时,分析了不同重构算法之间的系统偏差,并据此确定OCOG算法、Threshold算法和子波形算法的最优阈值水平分别为65%、45%和50%。重构结果表明,波形分类重构算法优于其他波形重构算法,能有效改善原始海面高的精度,改善程度在16.62%~53.86%之间。此外,重构后交叉点差值小于重构前的交叉点差值,与轨迹P089、P411形成的交叉点的海面高差值由1m降低到25cm左右,其余交叉点的差值均在2~6cm。     

Jason-2近海海面高的最优高斯低通滤波半径选择

使用测高卫星Jason-2传感器地球物理数据记录（sensor geophysical data record,SGDR）的近海海面高观测数据,基于最大似然估计4参数法,对波形数据进行重跟踪。考虑到星下点沿轨方向前后相邻海面高观测值中高频改正信号具有相关性的特征,提出了确定海面高的最优高斯低通滤波半径选择的技术方法,即对星下点沿轨方向观测值进行差分计算,形成差分数据序列,根据序列的相关系数性来确定滤波半径。对于SGDR数据,若对其进行低通滤波,建议滤波半径选为2 km,既可抑制沿轨海面高数据的高频误差,又可保证该数据没有被过度平滑。研究成果可为充分利用卫星测高数据建立高精度近海海面高模型提供参考,进而促进高精度陆海无缝垂直基准的技术体系建设。     

Geosat／GM波形重跟踪反演中国沿海区域重力异常

利用Geosat/GM测高波形数据,在中国海域内(117°E～129°E,21°N～41°N)比较了阈值法、Beta5和改进阈值法三种重跟踪算法.分析表明,改进阚值法优于其他两种重跟踪方法.由改进阈值法的测高数据.分别采用最小二乘法(least sqlilare collocation,LSC)和逆Vening-Meinesz(IVM)计算了卫星测高重力异常,并与船测重力数据进行了比较.结果显示,LSC的精度优于IVM.与KMS02和Sandwell & Smith V15两个重力场模型相比较,本文结果在东海优于这两个模型,在台湾海域结果稍差,需要融合ERS-1等其他数据进一步提高精度.     

由ERS-2和TOPEX卫星测高数据推算的海面高异常的主成分分析

利用1995~2003年间的TOPEX/POSEIDON和ERS-2卫星测高数据,尽量采用相同的改正模型对TOPEX和ERS-2卫星测高数据分别进行改正,然后由共线分析法分别推算了全球1°×1°的35 d的海面高异常时间序列,并采用主成分分析法分别对这两个海面高异常时间序列进行了分析。     

卫星测高逆气压改正及其对海平面变化的影响

研究了全球平均大气压的变化特征,分析了传统卫星测高逆气压改正存在的缺陷,并对以常数大气压为参考值、以全球海洋平均大气压为参考值和顾及高频信号的3种逆气压改正进行了对比。根据T/P卫星测高数据对3种改正方法得到的海面高和海平面变化进行了比较分析,相比于前两种逆气压改正,顾及高频信号的逆气压改正最接近海平面的真实响应,可减少卫星测高海面高交叉点不符值RMS约5.70mm,分别提高海平面变化估计精度约18%和12%。     

基于Laplace方程的垂线偏差法反演全球海域重力异常

海洋重力场模型反演的质量主要依赖于采用测高数据的精度、空间分辨率和数据分布密集程度。本文联合Geosat GM/ERM、ERS-1 GM/ERM、TOPEX/Poseidon、Envisat、Cryosat-2、Jason-1 ERM/GM和SARAL/AltiKa等多种测高观测数据集,深入比较了多种波形重跟踪算法的效果,回波数据重跟踪处理后的沿轨海面高标准差。统计表明,Sandwell算法优于MLE-4算法、Davis阈值法、改进阈值法和β参数拟合法;基于不同测高数据波形重采样的结果给出了沿轨海面梯度计算中低通滤波的参数选择方法,并采用Sandwell提出的垂线偏差法,反演了全球海域1′×1′的重力场模型。检核表明,反演结果与DTU13和SIO V23.1模型检核的差值均方根分别为3.4、1.8 mGal,与NGDC船测数据的检核精度为4~8 mGal,且本文模型在部分典型海区内精度更优。     

采用极值法计算贝加尔湖水位变化

以贝加尔湖为例,利用Jason-1测高卫星7年(2002—2008)、Jason-2测高卫星8年(2009—2016)的波形数据,采用极值法对波形进行重定,计算贝加尔湖水位异常时间序列。通过重定前后提取的湖面水位时间序列与4个实地测量站数据进行对比,发现波形重定前后的卫星测高水位变化数据与测量站数据差值的平均值能提高2 cm左右,波形重定后标准差相较波形重定前能提高40%左右,表明采用极值波形重定算法能显著提高卫星测高数据精度,可以作为一种计算波形改正数的方法。     

兼顾内陆水体水位时空变化特性的合成孔径雷达波形重跟踪算法

合成孔径雷达(SAR)测高技术已被广泛运用于内陆水位监测中,但内陆水域回波复杂,需要波形重跟踪精化才能获取有效水位。内陆水域SAR高度计回波通常包含多个子波形,重跟踪的主要思路是寻找最优子波形,在特定条件下可以获得较合理水位,但在复杂水域或小水体中容易出现最优子波形筛选错误导致水位异常。传统最优子波形筛选主要是基于沿轨或外部数据约束下进行,而本文提出一种不使用外部数据、兼顾了内陆水体水位时间变化连续且空间变化平稳特性的重跟踪算法SaTCoM,首先对波形进行插值平滑,有效提高子波形识别准确度;然后对所有周期沿轨子波形水位集合进行时间向滤波得到参考水位序列;最后将沿轨子波形水位划分为若干区间并将子波形水位“放入”最近区间,在参考水位波动约束下,根据表征沿轨水位空间稳态特性的指标函数,选择最优水位区间子波形水位计算最终水位。选择我国区域68个大中小型水体的水文站实测数据作为验证,对其附近的哨兵-3A/3B/6A卫星SAR回波数据,分别使用SaTCoM算法、OCOG、ICE1、阈值法和MWaPP+算法重跟踪后进行了比较。结果表明,SaTCoM算法所得内陆水体水位与实测数据不符值RMSE为0.3...     

聚类阈值结合动态K值的蓝牙室内定位算法

针对固定阈值的动态K近邻算法定位时未能有效剔除距离较远参考点的问题,该文提出了基于聚类阈值结合动态K值的算法:①在离线阶段建立聚类指纹库,并在每个聚类子块中设定聚类阈值;②在线阶段根据待测点信号确定其所处的聚类子块和对应的阈值,由信号强度的欧氏距离和聚类阈值选取K个信号距离最小的参考点;③以信号距离倒数为权重计算坐标加权平均,作为定位结果。实验分析得出,与固定阈值的动态K值算法的平均定位误差为2.64m;聚类阈值结合动态K值算法的平均定位误差为1.12m,降低了57.6%,并且点位误差在1m和2m内的可信度分别为42.3%和77.8%。聚类阈值结合动态K值算法能够较好地剔除距离较远的参考点,可以有效提高蓝牙指纹定位的精度。     

CHAMP星载加速度计数据(0.1Hz)处理与分析

对2002年第001d到第100d的加速度计数据进行了处理，并将其由加速度计轴系坐标系(IFX)转换到协议惯性系(CIS)，分析了观测数据的质量及相关改正的效果，针对加速度计应用于地球重力场研究进行了讨论，并提出了有益的建议。     

统计数据总量约束下全局优化阈值的冬小麦分布制图

大范围、长时间和高精度农作物空间分布基础农业科学数据的准确获取对资源、环境、生态、气候变化和国家粮食安全等问题研究具有重要现实意义和科学意义。本文针对传统阈值法农作物识别过程中阈值设置存在灵巧性差和自动化程度低等弱点,以中国粮食主产区黄淮海平原内河北省衡水市景县为典型实验区,首次将全局优化算法应用于阈值模型中阈值优化选取,开展了利用全局优化算法改进基于阈值检测的农作物分布制图方法创新研究。以冬小麦为研究对象,国产高分一号(GF-1)为主要遥感数据源,在作物面积统计数据为总量控制参考标准和全局参数优化的复合型混合演化算法SCE-UA (Shuffled Complex Evolution-University of Arizona)支持下,提出利用时序NDVI数据开展阈值模型阈值参数自动优化的冬小麦空间分布制图方法。最终,获得实验区冬小麦阈值模型最优参数,并利用优化后的阈值参数对冬小麦空间分布进行提取。通过地面验证表明,利用本研究所提方法获取的冬小麦识别结果分类精度均达到较高水平。其中冬小麦识别结果总量精度达到了99.99%,证明本研究所提阈值模型参数优化方法冬小麦提取分类结果总量控制效果良好;同时,与传统的阈值法、最大似然和支持向量机等分类方法相比,本研究所提阈值模型参数优化法区域冬小麦作物分类总体精度和Kappa系数分别都有所提高,其中,总体精度分别提高4.55%、2.43%和0.15%,Kappa系数分别提高0.12、0.06和0.01,这体现出SCE-UA全局优化算法对提高阈值模型冬小麦空间分布识别精度具有一定优势。以上研究结果证明了利用本研究所提基于作物面积统计数据总量控制以及SCE-UA全局优化算法支持下阈值模型参数优化作物分布制图方法的有效性和可行性,可获得高精度冬小麦作物空间分布制图结果,这对提高中国冬小麦空间分布制图精度和自动化水平具有一定意义,也可为农作物面积农业统计数据降尺度恢复重建和大范围区域作物空间分布制图研究提供一定技术参考。     

空中目标探测系统信号处理增益分析

针对利用全球导航卫星反射信号(GNSS-R)进行空中目标探测时,信号微弱无法可靠接收的问题,该文提出了一种计算信号处理增益的方法。通过合理设置信号处理算法参数,保证了对微弱信号的后续处理。首先对GNSS-R信号接收链路进行了分析,计算得到了当目标的雷达散射截面(RCS)变化时对应的目标回波功率范围;然后对空中目标上升、平飞和下降三种飞行状态双基地雷达系统几何模型进行了研究,给出了3种飞行状态下对应的有效探测时间,为接收机后续相干/非相干累加算法的处理时间提供阈值限制;最后在阈值范围内,选定合适相关时间,分析了经过相干/非相干累加处理后的反射信号输出信噪比范围。结果表明:在有效探测时间的限制下,相关处理时间取0.6s时,处理后的信噪比在10dB左右,满足一般码跟踪环所需的门限要求,可以保证接收机后续数据处理的顺利进行。     

欧氏聚类算法支持下的点云数据分割

欧氏聚类算法是多元统计中的一种重要分类方法,可以将其应用于测绘领域中点云数据的分割。本文首先计算点云数据中两点之间的欧氏距离,将距离小于指定阈值作为分为一类的判定准则;然后迭代计算,直至所有的类间距大于指定阈值,完成欧氏聚类分割。具体步骤为：①利用Octree法建立点云数据拓扑组织结构;②对每个点进行k近邻搜索,计算该点与k个邻近点之间的欧氏距离,最小归为一类;③设置一定的阈值,对步骤②迭代计算,直至所有类与类之间的距离大于指定阈值。试验证明,欧氏聚类算法对不同测量技术手段获取的点云数据均具有适用性,可以成功对点云数据进行分割,分割效果良好。     

Generation of differential GPS corrections along with performance of quality control

1　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣｕｒｒｅｎｔｌｙ ,ｔｈｅｒｅａｌｒｅａｄｙｅｘｉｓｔｓｅｖｅｒａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｆｏｒｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｓ,ｆｏｒｉｎ ｓｔａｎｃｅ ,ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｃａｒｒｉｅｒｆｉｌｔｅｒｅｄｃｏｄｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ (ｖａｎＤｉｅｒｅｎｄｏｎｃｋ ,1 993 ;Ｌａｎｄａｕ ,1 993 )ａｎｄｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｃｏｄｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓａｎｄｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｄｉｆｆｅｒｅ…     

ICESat-2 ATL08去噪算法实现及精度评价

针对光子计数激光点云特点，研究实现了ICESat-2卫星ALT08技术文档点云去噪算法与精度评估。首先逐点计算目标点邻域范围内点的总数作为局部密度值，由于信号通常比噪声在空间分布上更集中，密度直方图常呈噪声在左、信号在右的双峰特点；然后通过峰值计算、距离判断等计算噪声与信号高斯函数初值，并采用高斯函数加期望方差最大算法拟合两个精确的波形位置；最后将双高斯函数交点位置作为去噪阈值，小于阈值的点标记为噪声，大于阈值的为信号。通过MABEL数据的试验结果表明：当信号噪声呈现典型双峰分布特征时，算法去噪效果优秀，精度优于98%，处理不符合双峰特征数据时效果变差。     

SBAS星历改正数及UDRE参数生成算法分析

星基增强系统(satellite based augmentation system,SBAS)通过地球同步轨道卫星实时播发导航卫星星历改正数和完好性参数,以提升用户定位精度和完好性。采用最小方差法解算GPS星历改正数,利用卡方统计进行改正数完好性检核,并依据星历改正数方差-协方差信息计算SBAS用户差分距离误差(user differential range error,UDRE)和信息类型28(message type 28, MT28)等完好性参数。利用中国区域27个监测站的实测数据,首先以国际GNSS服务组织的精密轨道和钟差产品为参考解算星历改正数,结果表明,钟差改正精度优于0.1 m,轨道改正精度优于0.4 m;然后解算广播星历改正数,并生成UDRE和MT28参数,广播星历残余误差卡方检验值均小于告警门限,保证了改正数的完好性;最后利用生成的改正数进行SBAS定位解算,得到定位结果的水平精度优于0.7 m,垂直精度优于1.0 m,对比GPS单点定位,所提算法的水平和垂直方向精度分别提升了30%和40%。     

LEO卫星轨道预报精度分析

利用动力学拟合法,以HY-2A卫星为例分析不同拟合区间对预报不同弧长的轨道精度的影响。基于CNES提供的事后精密星历和采用非差简化动力学方法获得的厘米级快速轨道两种产品,进行卫星轨道预报。结果表明:采用24 h和12 h拟合区间分别预报12 h轨道时,其3DRMS优于6 dm;当预报24 h轨道时,3DRMS优于1 m。     

Generation of differential GPS corrections along with performance of quality control

The DGPS technique can provide considerably better relative positioning accuracy than the stand-alone GPS positioning, but the improvement depends on the distance between the user and the reference station (spatial correlation), the latency of differential corrections (temporal correlation), and the quality of differential corrections. Therefore, how to correctly generate differential corrections as well as their pricision is very important to the DGPS positioning technique. This paper presents a new algorithm for generating differential GPS corrections. This algorithm directly uses code and carrier observations in the measurement model of a Kalman filter, so that it is possible to use a simple stochastic model and to use the standard algorithm of the Kalman filter. The algorithm accounts for biases like multipath errors and instrumental delays in code observations and it shows how differential corrections are differently affected by code biases when dual or single frequency data is used. In addition, the algorithm can be integrated with a real time quality control procedure. As a result, the quality of differential corrections can be guaranteed with a certain probability.