利用GNSS反射信号监测海面高度变化——基于法国BRST站2019～2021年数据

GNSS反射测量(GNSS-R)技术凭借其数据来源广泛、低成本、高时空分辨率等优势,在地表与海洋环境监测等方面展现巨大潜力,已成为海面高度(SSH)反演的重要技术途径。现有研究大多聚焦于3～6个月内的短期GPS潮位反演,难以反映海面高度的季节性变化及年际特征,且在动态海面改正时仅考虑了垂向速度的影响,忽视了海面波动的垂向加速度,导致低潮位与高潮位的反演精度较差。基于此,以法国某一岸基跟踪站——BRST站为例,利用其连续3年的BDS/GPS/GLONASS/Galileo四系统反射信号,通过Lomb-Scargle谱分析和二阶动态潮位改正模型,采取稳健回归策略反演海面高度,并将最终结果与验潮站观测值进行对比,分析潮位变化趋势。结果表明：GNSS-R技术反演结果与验潮站观测值具有较好的一致性,反演精度有逐年提升的趋势,均方根误差(RMSE)为7.57 cm,相关系数为0.935;海面高度的季节性变化特征明显,秋、冬季平均海面高度偏高,夏季平均海面高度偏低,且海面高度的季节性变化与温度的季节性变化存在着相反的趋势;M2、S2、K1、O1、N2、K2、P1、Q1、M4等9个分潮的振幅差为0.0...     

星间距离影响GRACE地球重力场精度研究

利用改进的能量守恒法,基于不同星间距离反演了120阶GRACE地球重力场.模拟结果表明:第一,基于相同的GRACE核心载荷精度指标反演长波(L≤20阶)地球重力场时,随着星间距离逐渐增大(110～330 km),累计大地水准面的精度依次提高.在20阶处,基于110 km星间距离反演精度为0.052 cm,基于220 k...     

小波变换和改进Burg算法的GNSS-IR海面高度反演模型

针对传统的GNSS-IR海面高度监测方法信号分离不佳且精度有待提高的问题,提出结合小波变换和改进Burg算法的新型GNSS-IR海面高度反演模型。相比于传统的多项式拟合法,小波变换得到的SNR振荡项更加完整、精确。改进的Burg算法能有效抑制峰值偏移或谱分裂现象,提高谱分析精度。基于瑞典Onsala空间天文台提供的GNSS数据和验潮仪数据的实验结果表明,优化后的海平面测高模型的反演结果与验潮仪数据具有较高的一致性,相比于传统的GNSS-IR海面测高模型精度提高约20%。     

2021年双湖MS5.8地震InSAR同震形变场及断层滑动分布反演

基于Sentinel-1A数据,利用合成孔径雷达差分干涉(DInSAR)技术提取视线向(LOS)同震形变场,利用基于序列蒙特卡罗采样的贝叶斯方法反演发震断层几何参数与断层滑动分布。结果表明,发震断层走向约47.810°±2.218°,倾角约36.664°±2.499°;震中位置为87.715°E、34.365°N,震源深度为5.673 km。同震滑动分布主要集中在3.9~7.5 km深度,最大滑动量约0.42 m,平均滑动角约-66.598°±3.258°。本次地震以正断为主,兼具少量左旋走滑性质,反演得到的矩震级为M_W5.5,略小于USGS提供的震级。     

基于双精度与四精度的重力场解算精度分析

基于动力学方法比较分析了双精度与四精度模式下重力场模型的解算精度,主要包括缔合勒让德函数计算、数值积分器及重力场反演结果。结果显示,在勒让德函数计算方面,部分角度在双精度模式下计算至1 900阶以后会出现溢出问题,而在四精度模式下任何角度都满足精度要求,并且计算结果比双精度模式高8个量级。数值积分器Adams预测校正法积分1 d的位置和速度误差,在四精度模式下比在双精度模式下高4个量级。在精密轨道反演重力场计算方面,动力学方法在双精度及四精度模式下反演结果一致,统计其计算至60阶的累计大地水准面误差为1.29×10~(-5 )m,这是因为动力学方法的线性误差相对计算误差而言是主要误差;非线性动力学方法在四精度模式下比在双精度模式下高7个量级,其大地水准面误差分别为8.92×10~(-15) m和8.16×10~(-8) m。     

富营养化的太湖水体叶绿素a浓度模型反演

半经验模型反演叶绿素a浓度是目前遥感反演水体叶绿素a浓度的主要方法。但是,大量研究结果表明,太湖水体浑浊,富营养化严重,各种半经验模型的反演精度和模型适用性有较大差异。因此,研究一种既满足一定精度要求,又具有时间普适性的叶绿素a浓度反演算法,对提高模型适用性,促进遥感的反演应用具有重要意义。本研究通过2005年6-10月地面实测数据,建立太湖叶绿素a浓度一阶微分反演模型、波段比值反演模型和三波段反演模型,对比各模型反演效果,认为波段比值模型与三波段模型具有较好的反演效果。运用2006年11月和2007年11月实测数据对这三种模型加以检验,结果表明,三波段模型反演高富营养化的太湖水体,不仅精度高,平均误差仅为实测浓度差的8.3%,而且适用性较强,不同年份数据的检验结果证明平均误差均低于实测浓度差的20%。因此,三波段模型是这三种反演模型中效果最好的一类模型。     

HY-2散射计风速降雨影响的神经网络校正

海洋二号搭载的笔形圆锥扫描微波散射计(HY2-scat)是国内第一个业务化运行的,可提供大量实时海面风场数据的微波传感器。由于Ku波段散射计测风原理和微波传输特性,受到降雨影响的散射计反演风场数据准确度降低。降雨导致的微波传播路径衰减,雨滴对微波直接后向散射导致的回波能量增加和雨滴对海表面毛细波的干扰等综合效应,使得降雨条件下散射计测风风速计算值偏高,风向计算值偏差较大。针对散射计反演风速受降雨影响的特点引入神经网络模型,使用准确度较高的NWP数值预报模式风场数据作为参考,对受降雨影响的HY-2散射计反演L2B级标准风场数据产品进行校正,改进HY-2散射计反演风矢量在降雨条件下的准确度。与受降雨影响的散射计反演风场风速偏差相比较,经过神经网络校正后的风速偏差减小,说明该方法适用于改善受降雨影响的HY-2散射计测风风速精度。     

利用高频GPS反演强震面波震级的最优适用范围探讨

通过解算2010-04-04El Mayor-Cucapah Mw7.2地震的高频(1Hz)GPS数据,获取测站的动态位移,并根据Gutenberg经验震级公式反演面波震级,探索高频GPS反演震级的最优适用范围。结果表明,当高频GPS测站震中距分布于50~350km时,利用其水平位移峰值反演得到的面波震级为7.21,与美国USGS公布的震级Mw7.2一致;但当震中距350km时,高频GPS相对于强震仪位移峰值存在"上漂现象",反演得到的震级为7.6~8.0。建议利用高频GPS建立经验模型反演强震面波震级时,应考虑其适用范围。     

2020年土耳其MW5.7地震InSAR同震形变特征与破裂滑动分布

为准确认识2020-06-14土耳其MW5.7地震的发震位置、构造特点以及地震危险性,利用D-InSAR技术对Sentinel-1A数据进行处理,基于GACOS进行大气校正,获得视线向（line of sight,LOS）同震形变场。降轨LOS向同震形变场显示,断层北侧抬升,最大抬升形变量约8.87 cm;南侧沉降,最大沉降量约-7.75 cm。以LOS向同震形变为约束,先采用贝叶斯自举优化法反演发震断层几何参数,然后使用有限断层方法反演地震破裂滑动分布。结果显示,断层走向约257.48°±0.65°、倾角约79.69°±0.98°、滑动角约154.2°±3.8°,震中位置为（40.754°E,39.389°N）,破裂区域长度约8 km、宽度约6 km,破裂的最浅埋深约0.8 km、最大埋深约8.9 km,最大滑动量约0.57 m,对应深度约4.278 km。地震释放地震矩约4.54×1017 Nm,对应矩震级MW5.7,与土耳其灾害和紧急情况管理局公布的结果一致。此次土耳其地震受近东西向的潜伏断层控制,以右旋走滑为主兼具少量的逆冲特性。地震造成部分地区的库伦破裂应力增量超过0.1 bar,这些区域未来的地震危险性值得关注。     

联合GRACE卫星轨道及距离变率数据反演地球重力场方法研究

基于动力学法,研究联合GRACE卫星精密轨道及距离变率数据反演地球重力场的方法,该方法可对重力位系数及卫星初始状态误差同时进行有效校正。通过对各观测值模拟不同的随机误差,研究了不同精度观测值联合反演所能达到的精度,以及用相同精度的观测值进行联合反演时不同采样率对反演结果的影响,模拟计算结果表明：联合反演模式下,当距离变率精度为1 μm/s,卫星位置精度为2~3 cm,速度精度为0.1~0.5 mm/s时,加速度计精度为(1.0×10 ^-10~1.0×10^-9 m/s ²比较适合;将距离变率精度由1 um/s提高到0.1 um/s时,反演精度可获得相应提高;在观测值精度一定的情况下,联合反演算法宜采用5 s采样率。     

合成孔径雷达高度计波形重跟踪算法的近岸精度分析

针对近岸区域,基于Sentinel-3A合成孔径雷达观测数据,选取多阈值、ICE1、IceSheet和SAMOSA四种波形重跟踪算法,利用全球范围内27个验潮站海面高数据,分析近岸20 km范围内4种波形重跟踪算法的精度。结果表明,多阈值算法在近岸6 km范围内可保留最多的有效波形,且与验潮站海面高数据具有最高的相关性和最小的均方根误差;SAMOSA算法在离岸距离大于5 km时相对大地水准面稳定性最高,更适用于开阔海域。     

基于重力数据反演南海及邻区莫霍面深度分布特征

采用重力异常数据，在频率域内通过Parker-Oldenburg反演算法计算南海及邻区的莫霍面深度。通过EGM2008重力场模型联合GOCE重力场模型，计算研究区的自由空气重力异常；通过重力场分离，得到莫霍面起伏引起的重力异常，用于反演莫霍面深度。计算结果与地震剖面计算的莫霍面深度结果平均偏差1.59 km，标准偏差1.9 km。结果表明，南海及邻区的莫霍面深度分布具有明显的区域化构造特征。     

Correlation analysis of X-band sea clutter in complex domain

The correlation analysis of sea clutter data in a complex domain is conducted in this study. Specific to X-band sea clutter, the statistical characteristics of the complex correlation, particularly the phase characteristics which are closely related to the phase difference of the sea clutter and the Doppler properties, are analyzed in detail based on the experimental data, recorded by the Mc Master University IPIX radar in 1993. That the phase term of the complex correlation presents linear change means that there exists the linearity of phase differences between different time intervals in the X-band sea clutter. This investigation explores the regularities about the effect of wind on the complex correlation with similar patterns for different polarization modes. The regularities indicate that the wind direction can be inferred from the distribution pattern of the complex correlation. Moreover, a model describing the relationships between the statistics of the complex correlation and wind parameters is proposed. The application for target detection based on the differences of characteristics of complex correlations between the sea clutter and the target are also investigated and the proposed features have been confirmed. The principle of the method is fundamental for broader future applications.     

滚动球变换的数字水深模型多尺度表达

 空间数据的多尺度表达,是GIS领域研究的重点和难点问题之一。本文以数字水深模型(Digital Depth Model, DDM)为研究对象,从DDM的地理和尺度特性出发,在分析二维滚动圆变换算法原理的基础上,通过对二维滚动圆变换算法的维数扩展,提出一种可用于DDM多尺度表达的滚动球变换算法。即利用不同大小的三维空间球体代替二维滚动圆沿给定DDM的上侧表面滚动,得到可保留正向地貌,缩小或填平小于一定尺度下的海底负向地貌的DDM,从保障舰船海上航行安全的角度,实现对DDM的多尺度表达。另阐述了该算法的基本原理和实现步骤,并在VC++环境下对算法的正确性和有效性进行了验证。实验结果表明,该算法在符合DDM多尺度表达原则的前提下,能较好地保持DDM的基本地形特征,且具有较高的计算效率。     

Simulation of phytoplankton biomass in Quanzhou Bay using a back propagation network model and sensitivity analysis for environmental variables

Prediction and sensitivity models,to elucidate the response of phytoplankton biomass to environmental factors in Quanzhou Bay,Fujian,China,were developed using a back propagation(BP) network.The environmental indicators of coastal phytoplankton biomass were determined and monitoring data for the bay from 2008 was used to train,test and build a three-layer BP artificial neural network with multi-input and single-output.Ten water quality parameters were used to forecast phytoplankton biomass(measured as chlorophyll-a concentration).Correlation coefficient between biomass values predicted by the model and those observed was 0.964,whilst the average relative error of the network was-3.46% and average absolute error was 10.53%.The model thus has high level of accuracy and is suitable for analysis of the influence of aquatic environmental factors on phytoplankton biomass.A global sensitivity analysis was performed to determine the influence of different environmental indicators on phytoplankton biomass.Indicators were classified according to the sensitivity of response and its risk degree.The results indicate that the parameters most relevant to phytoplankton biomass are estuary-related and include pH,sea surface temperature,sea surface salinity,chemical oxygen demand and ammonium.     

大空间GPS网共模误差剔除研究

利用叠加滤波、PCA、KLE 3种方法对欧洲区域平均基线长度为2 000 km的大空间GPS网12个IGS站9 a（2006-01~2014-12）的观测数据进行处理，分析对比3种方法剔除共模误差的效果。结果显示，3种方法剔除百分比分别为25.87%、41.48%、35.72%，滤波后坐标精度明显提高；对于较大的GPS观测网，相对于叠加滤波，PCA和KLE法效果更好，可以显示不同站点的空间特征。     

形态学和小波域滤波级联的杂波抑制算法研究

为保留目标的同时尽可能多地抑制图像背景杂波,在研究形态学滤波、空域平滑滤波、小波域平滑滤波以及它们级联的背景杂波抑制算法的基础上,提出形态学滤波和小波域平滑滤波级联的杂波抑制算法。该算法先对含有微弱目标和白高斯噪声的原始图像进行空域形态学滤波,然后对形态学滤波结果进行小波变换,在小波域中对各小波系数分别平滑滤波,用滤波前的小波系数减去滤波后的小波系数得到差值系数,对差值系数再进行逆小波变换。仿真测试表明,提出的算法在得到的残差图像中目标邻域信杂比(SCNR)平均增益比空域形态学滤波算法和空域平滑滤波算法等均有较明显的提高,为后续的目标检测与跟踪提供了良好的保障。     

两种电离层延迟改正模型对星载单频GPS实时定轨精度的影响

采用单频星载GPS实测伪距和载波相位观测值,结合不同的电离层延迟改正模型进行模拟实时定轨实验,分析单频实时定轨的精度。不同轨道高度的低轨卫星实验结果表明,在卫星轨道较高(500 km以上)时,使用单频伪距观测值与改进的Klobuchar模型,实时定轨位置精度可达0.86 m(三维RMS),速度精度可达0.9 mm/s,接近甚至优于双频伪距实时定轨的轨道精度;使用单频码相无电离层组合观测值时,实时定轨位置精度可达0.54 m,速度精度可达0.55 mm/s。采用合适的电离层延迟改正模型,廉价的单频星载接收机可应用于微小卫星的实时定轨。