GNSS-MR技术用于雪深探测的初步研究

积雪是全球水循环中的重要组成部分,积雪深度与雪水当量的精确监测对全球气候变化研究极其重要。随着GNSS研究与应用的不断深入,基于多路径效应的GNSS-MR（GNSS multipath reflectometry）技术用于地表环境监测（植被、土壤湿度、雪深、海平面等）已成为一种新兴的遥感手段。分析了SNR（signal-to-noise ratio）信噪比值的变化特性,详细给出了基于SNR观测值的GNSS-MR技术探测雪深的基本原理及其计算流程图。为了验证算法的有效性,利用科罗拉多州17 d连续跟踪站NWOT的GPS数据反演了降雪厚度,其结果与实测的雪深记录数据吻合较好,误差均值为0.07 m。初步研究结果验证了GNSS-MR技术用于积雪深度探测的可行性,并为后续充分利用现有的全球密集GNSS跟踪站数据开展地表环境监测提供重要参考。     

GNSS-MR技术用于潮位变化监测分析

潮位变化的高精度监测一直是全球海平面观测系统、海洋环流和全球气候变化研究领域关注的热点问题之一。随着GNSS研究与应用的不断深入,近年来基于多路径效应的GNSS-MR技术已逐步成为一种新兴的遥感手段,即利用测量型GNSS站进行地表环境(植被、土壤湿度、雪深、潮位、火山活动等)监测。通过分析由多路径引起岸基GNSS站SNR值的变化特性,本文给出了基于SNR观测值的GNSS-MR技术监测潮位变化的反演原理。利用布设在美国华盛顿州Friday Harbor海港岸边的CORS站SC02实测观测数据对潮位变化监测进行了反演分析,并与该站相距359 m的验潮站数据进行了对比分析,两者较差均值约为10 cm左右,两者的相关系数均优于0.98。试验结果分析表明基于岸基CORS站的GNSS-MR技术在一定程度上可用于实时、连续的潮位变化监测,同时也说明岸基CORS站在一定程度上可作为验潮站的补充,进一步拓展GNSS在海洋遥感领域的应用范围。     

GPS信噪比用于雪深监测研究

针对利用全球导航卫星系统反射信号研究测站地表环境参数已成为一个新兴的研究课题这一现状,该文基于全球定位系统信噪比与信号振幅的变化特征,给出了基于全球定位系统多路径信号的全球定位系统多径反射技术用于雪深探测的基本原理。为了验证算法的有效性,利用美国PBO网络中P360站离散20d的全球定位系统原始观测数据进行雪深探测的反演实验。实验结果表明:全球定位系统多径反射技术反演雪深值与实测雪深值吻合较好,误差均值为0.07m,相关系数大于0.99。因此,利用全球定位系统信噪比可以进行雪深探测,在未来的全球导航卫星系统观测站建立时,可以考虑它在环境监测方面表现出来的潜能。     

基于三频SNR数据探测北斗GEO卫星多径效应

多径误差是全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）高精度实时定位的主要误差源。由于多径效应具有时变特性且与观测环境有关,难以有效探测与剔除,尤其是动态定位领域。鉴于多径效应对于同颗卫星不同频率观测值影响不同,本文采用三频信噪比（signal-noise ratio,SNR）频率间差分数据,设计算法探测北斗对地静止卫星（geostationary orbit satellite,GEO）多径误差,并依据开阔环境SNR频间差分数据序列进行统计分析,确定其探测阈值。实验结果表明,北斗GEO卫星易受多径误差影响,传统方法难以实时有效探测,本文提出的新方法可有效探测GEO多径误差,并基于设定的阈值对其数据进行降权或剔除,可应用于GNSS数据质量控制。     

GNSS数据质量分析

GNSS载波相位观测值受观测噪声和接收机钟跳等的影响,其周跳检验量序列随时间发生变化。为构造稳健而又敏感的周跳检验量,需对不同系统的卫星数据质量进行分析,而多路径效应和信噪比则是影响观测数据质量的重要指标。本文重点分析了GPS与BDS卫星数据的多路径效应及信噪比,并提出了一种接收机时钟的钟跳探测方法,即采用双频相位观测值的O-C值,通过消电离层线性组合进行钟跳探测。     

利用EMD进行GNSS-MR潮位监测研究

GNSS-MR是一种新兴的遥感手段，可利用多路径效应探测地表环境。该方法已应用于潮位探测，取得了不错的效果。针对该方法存在的信号混杂问题，本文提出了利用经验模态分解法提取信噪比中的海水信号，避免了噪声信号及海岸反射信号的影响，并以布设在美国华盛顿州Friday Harbor海港的SC02测站为例，对比分析了利用EMD方法及传统方法反演得到的潮位数据。研究结果表明，该方法使LSP结果的RMSE相较于传统方法提升了5.36%，可用于提取较为纯净的海面信号，在一定程度上提高了反演精度。     

BP神经网络辅助的GNSS反射信号土壤湿度反演

针对如何快速准确地估算区域尺度上的土壤湿度问题,该文首先从高质量GPS接收机接收的信噪比观测值中,提取L2C反射信号的振幅和相位作为输入,并采用Noah陆面模型计算土壤湿度值作为期望值,构建基于BP神经网络算法的GNSS卫星反射信号土壤湿度反演模型。实验结果表明:基于BP神经网络算法的GNSS卫星反射信号土壤湿度反演方法获取的土壤湿度结果与土壤湿度参考值误差较小,线性回归的决定系数R2为0.909 1,均方根误差为0.028 7;进一步与线性回归统计模型比较发现,利用BP神经网络模型定量估测土壤湿度明显优于线性回归统计模型,证明了该方法的可靠性。     

森林环境下的北斗卫星导航系统性能分析

为了解乔木林应用场景中的定位性能,指导林业行业科学应用GNSS技术,该文探究了多种立地条件下中高郁闭度林分中BDS与GPS的应用能力,采集了森林环境中单BDS和单GPS这两种定位模式下一定时长的GNSS信号,并定量计算了平面和垂直方向的定位误差,以及GNSS几何精度因子和信噪比等参数.通过3个时长水平定位精度、垂直定位精度、卫星数量、DOP值、信噪比等观测参数的误差平均值、极值、方差等的对比分析表明,目前基于单频伪距定位的原理,我国北斗卫星导航系统的定位性能指标与GPS基本一致.选用专业设备且单点求平均是满足林下高可靠性(优于5 m)定位要求的重要手段与方法,瞬时数据只适合森林环境中低可靠性(10 m)的导航作业要求,如果要满足亚米级及更高精度的定位需求,现阶段需采用差分技术.     

iGMAS BDS-3观测数据质量建模与应用

针对目前已有全球导航卫星系统(GNSS)数据质量分析软件模型中存在的可视化和批处理问题，提出了利用公式翻译器(Fortran)语言开发一款全球连续监测评估系统(iGMAS)多GNSS数据质量分析软件(MGQA)。该软件拥有可视化操作界面和批处理功能，可对多GNSS卫星信号数据从数据完整率、信噪比、多路径效应误差、电离层延迟变化率、周跳五个方面进行质量分析。采用该软件和GNSS数据预处理软件(TEQC)分别对全球定位系统(GPS)卫星观测数据质量进行评价，以TEQC的GPS数据质量分析结果为准确值，对比MGQA与TEQC软件质量分析结果，数据完整率中误差为0.27、信噪比中误差为0.85 dB、多路径效应误差中误差为0.046 m、电离层延迟变化率中误差为0.01 m/min、周跳中误差为1.67,二者结果具有高度一致性，验证了MGQA软件的有效性。基于iGMAS跟踪站观测数据，利用该软件对iGMAS各跟踪站接收BDS-3卫星信号的能力进行评价。结果表明：GNSS-GGR接收机在数据完整率方面表现的不如UB4B0-13478、CETC-54-GMR-4016以及CETC-54-GMR-4...     

利用SNR观测值进行GPS土壤湿度监测

利用GPS信噪比(SNR)观测值监测土壤湿度变化可克服传统手段破坏观测对象、数据难以同化、时空分辨率受限等缺点,但同时也存在测量区域不明确、卫星与波段选择缺少相应依据、多径延迟相位与土壤湿度之间相关性的定量数值描述函数与模型亟待建立等问题。本文通过引入菲涅尔反射区域,结合仿真和实测土壤湿度数据、GPS观测值开展对比实验对上述问题进行研究。实验过程及结果表明,采用SNR观测值能有效跟踪土壤湿度的变化趋势,最大有效测量范围约45m,利用指数函数能较好地描述SNR多径延迟相位与土壤湿度之间的关系。同时,选择高级卫星和记录L2C观测值,有利于获得更准确的结果。     

机载热红外扫描仪的信噪比研究

分析了机载热红外扫描仪的信噪比与各种因素之间的关系，利用高斯－喇格尔公式给出了信噪比的解析表达式，阐述了提高信噪比的途径。分析了温度、发射率、扫描角度对系统信噪比的影响，得出了相应的理论公式，并定性分析了它们对信噪比的贡献。     

小波阈值消噪方法分析及应用

详细介绍了小波阈值消噪中阈值函数的选取和阈值的具体估计方法,并对阈值函数的选取进行了比较分析,以四川二滩大坝变形监测数据消噪前后的信噪比和均方根误差两个指标,对各种阈值方法进行了对比分析。理论分析、应用实例的结果表明,几乎硬阈值方法比Garrote阈值方法能更好地恢复被噪声湮没的局部变形信息。     

利用信噪比削弱GPS多路径效应的研究

由于多路径误差的非时空相关性,使其成为双差模型中较难解除的误差源。本文利用观测值的信噪比对观测值质量进行评价,通过降低受多路径效应影响的观测值的权重,从而达到削减多路径误差的目的。最后通过实验数据解算结果的重复性验证了此方法的有效性和可靠性。     

Using GPS multipath to measure soil moisture fluctuations: initial results

Measurements of soil moisture are important for studies of climate and weather forecasting, flood prediction, and aquifer recharge studies. Although soil moisture measurement networks exist, most are sparsely distributed and lack standardized instrumentation. Measurements of soil moisture from satellites have extremely large spatial footprints (40–60 km). A methodology is described here that uses existing networks of continuously-operating GPS receivers to measure soil moisture fluctuations. In this technique, incoming signals are reflected off and attenuated by the ground before reception by the GPS receiver. These multipath reflections directly affect signal-to-noise ratio (SNR) data routinely collected by GPS receivers, creating amplitude variations that are a function of ground reflectivity and therefore soil moisture content. After describing this technique, multipath reflection amplitudes at a GPS site in Tashkent, Uzbekistan are compared to estimates of soil moisture from the Noah land surface model. Although the GPS multipath amplitudes and the land surface model are uncalibrated, over the 70-day period studied, they both rise sharply following each rainfall event and slowly decrease over a period of ∼10 days.     

GNSS多路径和信噪比相关性分析

在全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收机附近的反射、衍射、干扰信号等所造成的多路径效应是影响定位的主要误差来源。信噪比(Signal-Noise Ratio,SNR)的振荡是由多路径信号叠加在直接信号上引起的,基于此原理学者们提出了很多检测和缓解多路径误差的方法。本文通过谱分析的方法对多路径时间序列进行了分析,并研究多路径与信噪比之间的相关性,对基于信噪比检测和缓解多路径误差的方法的适用性进行了说明。实验表明:多路径和信噪比振荡值的时间序列具有显著的相关性,能够利用信噪比观测值削弱多路径影响。     

成像干涉光谱仪信噪比分析

以Ｓａｇｎａｃ型成像干涉（傅里叶变换）光谱仪为例,详细推导了空间笛制型成像干涉光谱仪信噪比的一般表达式,分析了各种因素与信噪比之间的关系并得出了相应的结论。     

HJ-1卫星CCD图像信噪比评估

采用基于边缘块剔除的局部方差法对我国HJ-1环境卫星CCD图像的信噪比进行了评估,选取满足噪声评估环境的图像,分析了HJ-1/CCD影像各个波段的信噪比特征。结果表明,HJ-1/CCD影像第3波段信噪比最高,第4波段相对较低;与美国Landsat/TM图像相比,HJ-1/CCD图像信噪比整体上更高。     

改进的软阈值法去噪效果分析

本文针对固定阈值法对信号去除噪声会出现"过扼杀"小波系数的现象,提出一种改进的阈值公式,进而给出改进的软阈值法。理论分析、工程实例的结果表明:改进的软阈值法无论在去噪效果上,还是在信噪比和均方根误差意义上均优越于硬、软阈值法,同时还有效地克服了软阈值中的估计小波系数和带噪小波系数间的恒定偏差问题。     

北斗伪距单点定位的随机模型影响评估

北斗卫星导航系统包含3种不同类型的空间星座,相对应卫星的高度角存在一定的差异,对北斗卫星单点定位的影响也不同。针对这一问题,研究了等权模型、基于卫星高度角和信噪比的北斗卫星观测量随机模型确定方法。利用MGEX站提供的观测数据,通过比较不同模型的实验结果表明:相对于等权模型,基于卫星高度角和信噪比定权模型可以提高单点定位的精度,并且信噪比模型优于高度角模型;在基于信噪比确定权阵的随机模型中,选择不同的参数,对解算结果精度会产生相应的影响。     

小波去噪效果评价的另一指标

给出了评价小波去噪效果的平滑度指标,分析了其均方误差、信噪比及平滑度,实现了评定小波去噪的质量.