基于实测气象参数的InSAR大气校正及其应用研究

针对传统InSAR技术在监测地表形变时受对流层延迟影响的问题,利用地面实测气象参数和NCEP气象再分析资料建立大气校正模型,对生成的鄞州区干涉图进行对流层延迟校正,获取鄞州区2018～2020年高精度地表形变分布。为分析不同大气校正模型对对流层延迟效应的削弱效果,将监测结果与同期实测水准数据作对比。结果发现,地面气象信息模型、NCEP气象再分析资料模型和未加大气校正的InSAR监测结果的均方根误差RMSE分别为2.78 mm、3.86 mm、5.62 mm,表明利用地面气象信息模型校正大气相位误差具有更高的监测精度,能有效削弱对流层延迟对干涉测量结果的影响。     

基于DEM与GACOS的InSAR同震形变场大气误差校正北大核心CSCD

从全球地震频发地区选取多次地震事件,以精河地震为例研究基于DEM进行大气误差校正时拟合区选取方法;然后分别基于DEM和GACOS数据对同震形变场进行大气相位延迟改正以分析其校正精度及适用性。结果表明,扣除主要同震形变区域后的相位-高程相关系数大于0.4时,必须对获取的形变场进行大气误差校正,校正后噪声可下降约1~4 cm;相关系数为0.4~0.8时,可通过两种方法相互验证以校正精度;相关系数大于0.8时,可以只使用DEM拟合大气误差分布函数进行校正。基于GACOS进行大气误差校正具有普适性,用于大气噪声较为严重且与地形不相关的平原地区可取得较好效果。     

MODIS红外水汽校正及其在InSAR大气改正中的应用

提出使用差分线性校正模型(DLCM)对MODIS红外波段大气水汽产品进行校正。利用在中国获取的两幅MODIS红外波段水汽产品进行分析后发现,在中国西部地区,受水汽参考值精度较差的影响,DLCM模型和传统线性校正(LS)方法均难以获得稳定、理想的校正结果;而在中国东部地区,DLCM模型可有效提高大气水汽的估计精度,且与LS方法相比,进行内符合精度评定时STD和RMS可以额外降低32.6%和15.7%,进行外符合精度评定时STD和RMS可额外降低32.3%和21.7%。此外,DLCM模型校正后的MODIS红外水汽产品在InSAR大气改正中的实验研究,亦证实了DLCM模型的有效性和将其用于InSAR大气改正的可行性。     

对流层模型评估及其在GNSS精密单点定位中的应用

以水汽辐射计（WVR）精确测定的天顶方向延迟值作为参考,评估Saastamoinen、GPT2、EGNOS、UNB3M四种常用对流层模型在上海地区的改正精度;并将WVR观测值及以上4种对流层模型计算的对流层延迟值作为真值应用到GNSS精密单点定位（PPP）中,评估其对定位精度的影响。比较发现,GPT2模型的对流层改正精度比其余3种要好,其天顶干延迟（ZHD）的偏差均值与中误差分别为-0.11 cm、±0.75 cm,天顶湿延迟（ZWD）的平均偏差与中误差分别为-2.34 cm、±7.67 cm;和传统的PPP结果相比,采用WVR对流层观测值的定位精度提高了16%。     

地基GNSS水汽层析的自动垂直非均匀分层方法

结合GNSS水汽层析算法的假设条件以及水汽密度随高程变化的特点,通过设置水汽密度随高度变化的合理阈值,提出一种地基GNSS水汽层析的自动垂直非均匀分层方法。利用香港地区连续6 d的GNSS观测数据,分别采用自动垂直非均匀分层方法和传统垂直均匀分层方法开展区域GNSS水汽层析实验,并以ECMWF数据为参考进行精度验证。结果表明,采用自动垂直非均匀分层方法进行GNSS水汽层析得到的大气湿折射率的偏差均值和均方根误差（RMSE）的均值分别为3.9 mm/km和4.6 mm/km,相对于垂直均匀分层方法减小约20.4%和23.3%。     

基于GNSS的中国西南地区MODIS水汽校正研究

以GNSS水汽为标准,对中国西南地区进行MODIS水汽精度评价和相关性分析,构建MODIS水汽的区域校正模型和单站点校正模型并开展可靠性检验.分区域进行MODIS水汽校正和图像叠加得到校正后的中国西南地区MODIS水汽分布.结果表明,区域模型可替代单站点模型,中国西南地区MODIS水汽季节校正模型效果显著,在春、夏、秋...     

GPS监测水汽与水汽辐射计数据的对比研究

针对水汽辐射计观测数据和并址的GPS观测数据,用GAMIT软件求解了台站的天顶总延迟和湿项延迟。运用湿项延迟与水汽含量之间的转换关系,对GPS监测的大气可降水量与水汽辐射计观测的水汽含量进行了对比研究,得出结果：由GAMIT解算出的水汽含量与WVR观测值的差值平均值为0．02mm,均方差为0．02mm,由气象文件求出的水汽含量与WVR观测值的差值平均值为0．03mm,均方差为0．02mm。表明用地面GPS监测大气水汽含量是完全可行的。     

基于地形和GPS观测的SAR干涉图大气延迟估计

大气效应尤其是大气水汽含量在时间和空间上变化引起的雷达信号传播延迟,是重轨雷达干涉测量中难以消除的主要误差源之一。仅借助对GPS水汽的空间数学插值实现对InSAR中的大气延迟改正时,由于未能顾及地形对大气湿延迟的影响,导致改正效果较差。针对这一问题,分析了大气湿延迟中垂直分层部分与地形的关系,建立了两者间相关函数模型,进而提出了顾及地形影响的大气延迟插值新方法。实验结果表明：插值新方法较常规距离权倒数和克里格法,具有明显的优越性。     

基于CMONOC的GNSS水汽短时频域特征研究

利用2016年中国大陆构造环境监测网络的GNSS数据开展水汽短时频域特征研究,按气候类型将中国大陆地区划分为5个区域,并在每个区域中随机抽取若干个站点采用快速傅里叶变换方法进行分析,提取不同季节的GNSS水汽周期特征。结果表明,各类站点的水汽频域特征存在明显的区域性变化和季节性差异;高原山地气候、热带季风气候和亚热带季风气候类型的GNSS站点的周期性变化显著;热带季风地区、亚热带季风地区及沿海地区水汽振幅较大,高原山地和温带大陆地区水汽振幅较小。     

基于多尺度相关性分析的InSAR对流层延迟误差改正算法

针对合成孔径雷达干涉技术中对流层延迟误差会影响DEM精度的问题,提出采用小波多尺度相关性分析方法来减弱与高程相关的对流层延迟误差的影响,来提高合成孔径雷达干涉DEM的估计精度。该方法基于小波多分辨率分析理论,根据差分干涉相位不同组成的频率特性,利用小波分解重构均方根误差变化率确定分解层数,降低地形残差相位、噪声相位等对大气延迟误差相位估计的干扰,提取对流层延迟误差相位所在频带;然后结合对流层延迟误差相位和雷达坐标系下的DEM在不同尺度上的相关性定权并进行降权处理,重构解缠差分干涉图,改正差分干涉相位中与高程相关的对流层延迟的影响。采用本文方法对覆盖河南义马地区的2景ENVISAT ASAR数据进行处理,得到对流层延迟误差改正后的差分干涉图,估计的与高程相关的对流层延迟相位,与地形变化情况吻合。将对流层延迟误差改正后的干涉图用于DEM高程估计,结果显示本文方法重建的DEM与Aster GDEM的标准差由30.7 m提高到26.37 m,提高了InSAR DEM估计精度。     

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基于GNSS的中国大陆地区COSMIC-2 PWV精度分析

COSMIC-2可提供连续大气数据源用于改进天气预报,有助于对极端天气进行监测预警。将中国大陆地区按照气候类型划分成5个区域,依托CMONOC站点PWV序列,开展COSMIC-2 PWV在中国大陆地区的精度分析。从站间距离和高程2个角度进行COSMIC-2掩星点与GNSS站点PWV匹配方案设计,分别针对中国大陆地区、不同气候类型和部分代表站点开展COSMIC-2精度评定。研究表明,高原山地、温带大陆、温带季风、亚热带季风和热带季风气候类型的RMSE分别为1.40 mm、1.49 mm、2.68 mm、3.11 mm和3.16 mm;内陆地区精度优于沿海地区。     

基于ECMWF再分析地表资料计算中国区域ZTD的精度分析

利用ECMWF再分析地表资料，结合GPT2w模型提供的水汽递减率和温度递减率计算中国区域对流层延迟值的精度。首先，以中国地区75个探空站2015年地表实测气象参数为参考值，利用ECMWF地表资料得到的气象参数（P，T，e）的精度分别为1.76 hPa、1.96 K、1.98 hPa。然后，以相同测站2010~2015年探空站分层数据算得的ZTD为参考值，对ECMWF地表资料计算的ZTD的精度进行分析，并与利用探空仪地面观测数据为输入参数计算的ZTD的精度进行对比。结果显示，利用ECMWF地表资料计算的ZTD的平均bias为0.07 cm，平均RMS为3.72 cm，在低纬度地区优于利用探空仪地面观测数据为输入参数计算的ZTD的结果。以陆态网237个GNSS测站2015年的ZTD作为参考值，比对利用ECMWF地表资料计算的ZTD的精度，结果为3.41 cm。由此可知，ECMWF地面资料计算的ZTD的精度能满足普通用户对流层延迟的计算需求，可用于缺少气象参数的测站进行对流层延迟值的计算及其他相关应用。     

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环境负载对GNSS坐标时间序列噪声特性的影响研究

基于中国大陆构造环境监测网络的连续GNSS观测数据,选取云南省25个测站的坐标时间序列研究地表质量变化对建立噪声模型的影响。计算陆地水负载、大气压负载和非潮汐海洋负载引起的测站非线性变化,采用极大似然估计对不同噪声组合进行分析,分别建立负载改正前后各GNSS测站的最优噪声模型,同时估计速度的不确定度。结果发现,云南省GNSS测站各分量的噪声特性主要表现为闪烁噪声+白噪声(FN+WN);环境负载改正能够改变坐标时间序列的最优噪声模型;用加入环境负载改正后建立的最优噪声模型估计各测站的速度不确定度,对于E、N、U分量,分别有72%、80%、68%的测站的速度不确定度变小。     

融合GPT2w模型与GNSS参数获取大气可降水量

针对GPT2w模型误差累积所导致的天顶对流层延迟(zenith tropospheric delay, ZTD)和大气可降水量(precipitable water vapor, PWV)精度不高的问题,利用2017年长三角地区7个探空站和2个GNSS站的实测数据检验GPT2w模型获取的气压、温度、水汽压、加权平均温度(Tm)和ZTD等参数的精度,并融合GNSS解算得到的ZTD(GNSS-ZTD)与GPT2w模型获取的气象参数,提高PWV反演精度。结果表明：1)近地面处的气压、温度和水汽压的bias分布在－3~4 mbar、－7~7 K和－9~2 mbar之间,精度较高;2)GPT2w模型获取的Tm在长三角地区适用性较好,年均bias和RMS分别为－1.21 K和6.89 K;3)基于GPT2w模型解算的ZTD的bias和RMS均值分别为1.4 cm和9.4 cm,精度明显低于基于实测气象数据获得的GNSS-ZTD;4)参数融合法计算的PWV与GNSS-PWV精度相当,该方法可用于无实测气象参数时实时获取PWV。     

InSAR时序法分离大气延迟相位与地形及MODIS水汽相关性分析

根据大气垂直分层延迟与地形的强相关特性,利用覆盖大同地区的40景Envisat ASAR影像进行大气延迟分离实验,并对分离的大气延迟相位与地形和MODIS水汽数据的相关性进行分析。