实时序贯平差和组合观测值改进的GPS监测方法

针对卫星信号高遮挡导致的可视卫星数少于4颗和卫星几何图形强度不佳,引入实时序贯算法解决了常规单历元方法仅采用当前观测方程平差时法矩阵秩亏的问题.同时,在导出常规单历元方法允许实际变形量与载波波长关系的基础上,从组合观测值波长逐步精化的角度出发提出了基于宽巷/窄巷组合观测值的改进单历元方法.该方法采用宽巷组合在无需双差模...     

非差误差改正信息的大范围单历元网络差分方法

针对网络差分方法多采用双差模型,但双差模型在实现时不够灵活的问题,提出一种基于非差误差改正信息的大范围单历元网络差分方法。此方法能够克服双差网络差分模型的缺点,用户不需要选择一个参考站作为主参考站,更不需要主参考站的观测数据进行双差组合,从而减少了数据传输量,作业方式更加自由、灵活,且算法简单、作业范围大。大范围区域内的流动站用户利用非差误差改正数进行误差改正,然后可实现单历元网络差分定位。实验表明,该方法可完成大范围单历元网络差分定位,并能够得到分米级精度的定位结果。     

一种适用于小变形监测的单历元单差算法

利用GPS进行变形监测在各个领域中的应用越来越广泛。如何利用GPS的观测数据进行变形量的高精度单历元解算是一个难点。国内学者提出了单历元似单差算法进行小变形的单历元解算,但需要利用其他方法对接收机钟差进行计算。根据站间单差观测方程之间的相关性,可以将接收机钟差之差及其他一些通过站间单差未能消除的未知量作为一个未知参数在单历元观测方程中与变形量一同求解。利用该方法对小变形试验数据的解算结果精度达到了毫米级。     

变形量对双差模糊度固定的影响分析

国内学者提出了无整周单历元算法和单历元似单差算法来进行小变形的变形监测,其关键在于利用基准点和变形点的首期观测坐标来固定双差模糊度,而变形量的大小将决定是否能准确固定双差模糊度。首先推导变形点变形量与双差观测方程之间的关系,确定出可以固定任意情形下双差模糊度的最大变形量,然后利用数值计算分析确定出不同的卫星双差条件下能固定双差模糊度的最大变形量。     

长距离单历元单频非差北斗网络差分方法

针对北斗卫星导航系统现有的网络差分方法多是基于GPS系统并采用双差定位模型,而双差定位模型的采用使得网络差分方法存在一些缺陷的问题,该文提出一种长距离单历元单频非差北斗网络差分方法;首先长距离北斗基准站网向覆盖区域内的北斗用户提供非差误差改正数;然后用户内插计算出自己所需的非差误差改正数,并改正北斗单频伪距观测值的误差;最后进行单历元单频网络差分定位。实验表明,该方法能够使用单历元单频伪距观测数据实现长距离北斗网络差分定位。     

北斗/GPS抗差移动窗口定权位移探测

蠕变状态下Kalman定位精度通常与观测值方差有极大关系,BDS(BeiDou Navigation Satellite System)/GPS组合观测值方差易受观测值权比精确度的影响。为了提高位移探测精度、缩短初始坐标收敛时间及降低监测成本,本文采用时钟同步双天线BDS/GPS接收机,在构建单频单差组合定位模型基础上,分别对GPS和BDS观测值等价权进行抗差处理,利用引入时间相关遗忘因子的Helmert方差估计,精确确定GPS与BDS观测值权比,最后通过实时更新观测值方差,实现扩展Kalman滤波的逐历元定位。试验结果表明,针对短基线(1km),BDS/GPS抗差精密定权Kalman方法可显著缩短初始坐标收敛时间,位移探测精度可达到亚毫米级,位移收敛速率与移动窗口参数基本成反比关系,适用于具有蠕变特征形变体的监测。     

利用DUFCOM和DC算法的GPS单历元双差整周模糊度快速确定算法

为解决DUFCOM方法单历元解算GPS双差整周模糊度因观测卫星数多导致解算效率低而影响GPS高频数据实时动态解算这一问题,同时考虑到DC算法解算效率高的优点,对观测卫星进行筛选分级处理,提出了一种快速确定算法。算例表明,该算法可避免在应用DUFCOM方法中二级卫星对一级卫星双差整周模糊度解算效率的影响,使得GPS单历元确定双差整周模糊度的效率显著提高,达到了GPS高频数据实时动态解算的目的。     

宽巷组合下的cGNSS-R测高算法

传统的GNSS反射信号（cGNSS-R）测量湖面和海面的高度具有较高的时空分辨率,因此可以作为验潮站使用,它是一种监测海洋潮汐及海平面变化的新手段。本文提出了一种基于L₁-L₂宽巷观测量组合的GNSS-R测高新算法。该算法的优点是：利用宽巷的方法可以用码与相位的双频观测值来快速确立需求的整周模糊度。为验证该方法,在武汉市东湖清河桥上做了试验,并利用所得观测量,按照该新算法解算了接收机到湖面的高度。通过试验分析,RMS显示其精度可以达2～3 cm。     

历元间差分定位模型的粗差探测法探测周跳

假设前一历元的测站点为已知点,当前历元的测站点为未知点,当前历元和前一历元相同卫星的相位观测值取差作为观测值,观测值与当前历元点位坐标的函数关系式称为历元间差分定位模型.本文以历元间差分定位模型构造误差方程,进行最小二乘平差,提出应用Baarda数据探测法对差分观测值进行粗差探测,可准确确定观测值中的周跳.实际算例验证...     

单历元模糊度解算问题

通常GPS单历元算法存在的问题是成功率低、可靠性差及可区分度弱。从平差本质出发论证解算失败的原因；同时也证明单纯利用观测值不能搜索到可靠的模糊度真值。     

GNSS-R海面测高现状及其常用方法研究进展

全球卫星导航系统(GNSS)不仅具有导航定位、测速以及授时等功能,且因其反射信号能被接收,可用于海面风场、海面高度反演，由此开辟了一个新的研究领域GNSS反射(GNSS-R)技术，GNSS-R技术用于海洋遥感是一个新的研究领域；文中主要介绍了GNSS-R遥感技术和海面测高的研究进展,并从基于信噪比(SNR)数据测量法、基于 C／A码相位测量法、基于载波相位测量法及基于载波频率测量法等方面分析和总结了GNSS-R在海面高度测量的常用方法.      

使用BD-3 B2a反射信号测量水面高度

B2a信号是北斗三号（BeiDou-3 satellite navigation system, BD-3）新增的高宽带信号,具备非常高的伪距测量精度,适合开展基于全球导航卫星系统反射信号（global navigation satellite system-reflectometry, GNSS-R）的水面高度测量。由于BD-3近两年才开始为全球提供服务,基于BD-3反射信号的研究较少。中国科学院国家空间科学中心研发了具备自主知识产权的GNSS-R接收机,接收机专门增加了BD-3 B2a的捕获跟踪功能,可以对直射和反射B2a信号同时进行捕获和跟踪。接收机同时具备了交叉定标功能,能够有效消除由电缆和接收机通道间差异引起的系统偏差。在中国北京市怀柔开展的岸基实验过程中,累计获取了BD-3 B2a、北斗二号（BeiDou-2 satellite navigation system, BD-2）B1I和全球定位系统（global positioning system, GPS）L1C/A反射信号的相关波形数据,成功反演了水面高度并进行了系统偏差消除。数据处理结果表明,基于BD-3 B2a的水面高度在30 s非相干积分时间条件下反演精度达到了5.9 cm,比BD-2 B1I的高度测量精度提高了13 cm,比GPS L1C/A信号的高度测量精度提高了20 cm。     

海洋卫星测高及其反演全球海洋重力场和海底地形模型研究进展

海洋卫星测高在全球和区域大地水准面建模、全球海洋重力场反演、海底地形探测、海平面变化监测、构造板块运动研究等大地测量领域至关重要。本文概述了海洋微波测高卫星的简要发展历程,重点梳理了卫星测高在全球海洋重力场和全球海底地形建模方面取得的丰硕成果,对比分析了主流的海洋重力场和海底地形模型;介绍了合成孔径雷达高度计、Ka频段雷达高度计、合成孔径雷达干涉仪3种先进微波测高技术,并分析了其各自的优缺点,表明它们将在未来若干年呈并驱发展趋势;较为系统地阐述了海洋卫星测高的另一新型技术,即GNSS反射信号测量技术的研究动态,给出了GNSS-R(GNSS reflectometry)类(试验)卫星的发展脉络和发展前景。卫星测高的发展趋势之一是多颗测高卫星的组网观测,本文概括了曾经提出的和拟议中的若干组网测高计划,扼要介绍了由我国提出并正在实施的双星跟飞测高模式;最后指出了卫星测高发展的几个主要关注点,包括双星跟飞测高和SWOT(surface water ocean topography)任务的2维海面高(差)测量、卫星测高反演海底地形与高级地形激光高度计观测数据及遥感卫星图像的结合、星载GNSS-R厘米级海面高的载波相位测量、人工智能技术在卫星测高中的潜在应用等。     

Combining multisource satellite data to estimate storage variation of a lake in the Rift Valley Basin,Ethiopia

Integration of remote sensing data sets from multiple satellites is tested to simulate water storage variation of Lake Ziway, Ethiopia for the period 2009-2018. Sixty Landsat ETM+/OLI images served to trace temporal variation of lake surface area using a water extraction index. Time series of lake levels were acquired from two altimetry databases that were validated by in-situ lake level measurements. Coinciding pairs of optical satellite based lake surface area and radar altimetry based lake levels were related through regression and served for simulating lake storage variation. Indices for extracting lake surface area from images showed 91–99 % overall accuracy. Lake water levels from the altimetry products well agreed to in-situ lake level measurements with R² = 0.92 and root mean square error of 11.9 cm. Based on this study we conclude that integrating satellite imagery and radar altimetry is a viable approach for frequent and accurate monitoring of lake water volume variation and for long-term change detection. Findings indicate water level reduction (4 cm/annum), surface area shrinkage (0.08km²/annum) and water storage loss (20.4Mm³/annum) of Lake Ziway (2009–2018).     

星载GNSS-R海冰边界探测方法

针对星载接收平台提出了一种利用全球导航卫星系统反射信号（Global Navigation Satellite Systemreflectometry，GNSS-R）进行海冰边界探测的方法。该方法利用导航卫星信号经海冰和海水表面散射后反射信号时延相关功率映射（delay map，DM）的差异，结合镜面反射点位置来探测海冰边界。利用自适应阈值调整算法处理TDS-1卫星数据，获取有效的DM数据，进而得到DM衍生量随镜面反射点位置的变化趋势，并设置DM衍生量的阈值来识别海冰。与全球海冰分布图对比发现，DM衍生量阈值对应的镜面反射点位置与海冰分布图的海冰边界位置基本吻合，证明了DM的有效区时延距离、相关功率的峰值和归一化标准差均可用于海冰边界探测，星载GNSS-R技术在海冰边界探测领域具有较大潜力。     

GNSS-R土壤水分遥感的适宜性分析

利用GNSS-R(Global Navigation Satellite System-Reflectometry)技术探测土壤水分是近年来一个新兴的研究方向。目前GNSS-R遥感观测中反射信号的接收与处理方式包括单天线与多天线两种模式,面向实际应用需求,GNSS-R遥感正在实现从最初的地基观测向空基、星载观测的转变。在推进GNSS-R土壤水分遥感技术业务化应用的过程中,必须首先进行适宜性分析,确定该技术探测的地理位置、空间分辨率与探测深度,然而目前对此尚未有系统、全面、定量的论述。本文针对适宜性分析中的3个关键因子分别进行理论分析与公式推导,明确相关概念的定义,并实现定量化描述,最终通过实际应用分析进一步诠释其应用价值。对于单天线模式地基观测,以美国板块边界观测计划PBO(Plate Boundary Observatory)土壤水分产品为例,分析镜面反射点的相对位置、第一级Fresnel反射椭圆簇的面积与时间序列土壤水分所代表的探测深度;对于多天线模式,以郑州上街区农田空基观测试验为例,得到基于航迹的栅格土壤水分空间分布并探讨其探测深度。本文能够为未来两种观测模式下地基、空基和星载GNSS-R遥感观测、北斗反射信号遥感,以及GNSS-R在农业、水文、生态等领域的实际应用提供理论指导。     

基于CryoSat-2数据的海冰厚度估算算法比较

以北极为研究区,使用CryoSat-2数据,利用现有海冰厚度卫星测高研究中4种主流算法(Laxon03算法、Kurtz09算法、Yi11算法和Laxon13算法)分别对北冰洋海冰厚度进行估算,并将估算结果与研究区IceBridge机载激光测高冰厚数据进行了比较,探索各算法海冰厚度估算的差异,寻找最优的估算算法,为估算长时序海冰厚度提供基础和参考。结果表明,4种算法估算的海冰厚度空间分布较为一致,但不同算法估算的结果差异较大,可达0.476 m;4种算法估算结果大小依次为Laxon03算法、Yi11算法、Laxon13算法、Kurtz09算法;4种算法估算的平均海冰厚度差异,在北极波弗特海海域最大,其次是北极中心海域、格陵兰和挪威海;Laxon13算法估算结果相对于IceBridge观测结果与其他算法相比,具有最小的平均偏差和均方根误差,是卫星测高估算海冰厚度的最优算法。     

GNSS-R信噪比信号在海面测高技术的研究综述

自全球卫星导航反射信号(GNSS-R)概念提出以来,GNSS-R被广泛应用于遥感方面. 如海面测高,海面风场反演,海冰检测等多个方面. 文中主要介绍了GNSS-R遥感技术在海面测高的应用和研究进展,着重介绍了基于信噪比(SNR)数据测量方法的研究进展,简述了SNR数据测量方法所涉及的理论和信号处理的办法,并根据现有的研究进展,对未来海面测高的发展方向进行展望.      

基于线段二分法的GNSS—R镜面反射点估计算法

通过研究GNSS—R基本几何关系和S．C．Wu镜面反射点估计算法,提出了基于线段二分法镜面反射点位置估计算法,并利用位移与速度之间的关系,论述了基于线段二分法算法在镜面反射点速度估计中的可行性。为了验证本文提出的算法的正确性,利用MATLAB仿真软件和STK仿真软件对已有镜面反射点估计算法和本文提出的算法进行了仿真分析。仿真结果表明：基于线段二分法算法可以正确估计GNSS—R镜面反射点位置信息和速度信息。     

以相邻点海面高度差为观测量的沿迹调和分析新方法

采用TOPEX/POSEIDON卫星轨迹上相邻点的海面高差作为观测量,在交叉点分析结果的控制下构成同一弧段上观测量在两相邻交叉点间的综合观测方程,以轨迹上纬差0.1°的正常点的潮汐参数构成总体待估参数系列,实施最小二乘综合解算。分析结果表明,这种差分模式可以基本消除非潮汐因素的影响,提高潮汐参数估计的精度和可靠性,可比一般沿迹逐点分析给出更为平滑的沿迹参数分布,更符合海洋潮汐运动的物理背景。