同天线不同接收机的GNSS-IR雪深反演分析

全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）干涉遥感技术(GNSS-interferometry reflectometry,GNSS-IR)利用测量型GNSS接收机即可获取反射面信息,具有信号源丰富、采样率高等优势,被广泛应用于雪深、潮位、土壤湿度、海面风场、海冰探测、地表形变监测等领域的研究。然而,GNSS接收机会对接收信号进行多路径抑制,反射信号会被削弱甚至剔除,从而降低GNSS-IR技术的精度。为了探讨GNSS-IR反演中不同接收机、不同频点的影响,基于零基线模式在中国北极黄河站设计了GNSS-IR雪深反演实验,定量研究了接收机性能对雪深反演精度的影响。首先,在站上布设了和芯星通接收机和天宝接收机,并通过功分器共用同一个天线,这样可以获得反射面完全相同的多接收机、多频点观测值;然后,对两台接收机在3个GPS频点下的日均反演结果进行比较以便验证反演策略的有效性,并通过单次反演结果对比分析不同接收机反演效果的差异。结果表明,多个接收机、多个频点都能成功反演雪深值,其偏差基本上在3 cm以内。但是,尽管反射面完全相同,两个接收机之...     

GNSS反射信号海面高度测量及风速对反演精度的影响分析

海面高度作为最重要的海洋物理参数之一,在预防海啸、风暴潮中起到重要作用,是海洋科学,遥感测绘领域的重要研究内容之一。粗糙度作为影响海面测高精度的重要因素之一,主要是由风速变化引起,本文为了探究风速引起的粗糙度变化对海面测高精度的影响,分别进行了湖面实验与海面实验。通过对风速与反射信号相位差RMS关系的研究,定性分析了粗糙度对测高精度的影响,结果表明,在反射信号相位差RMS增加0.005(单位rad)时,测高的误差RMS增加了近一倍。      

一种GPS多路径反射信号的雪深反演

针对传统雪深测量缺乏必要时空敏感性的不足,该文在分析GPS信号多路径反射模型的基础上,利用GPS信噪比观测数据,通过分离提取多路径反射分量研究其时频特性,探讨GPS多路径信号与雪深及其变化关系并进行反演建模。依据菲涅尔反射区理论,确定了反射区域范围,进一步探讨卫星、波段选择及初始反射高度确定等。对比实验研究表明,反演结果与实测值吻合较好,相关系数为0.93,均方根误差为8.6cm;信噪比多路径反射分量的频率能有效跟踪积雪深度的变化。     

利用小波分解的GNSS-R雪厚反演改进算法

基于全球导航卫星系统反射测量(global navigation satellite system reflectometry,GNSS-R)数据的雪厚反演具有低成本、低功耗、全天时采集数据的特点,但利用GNSS信噪比观测值进行雪厚反演时,观测值受噪声信号功率影响较大,反演精度较低.基于此,提出一种基于小波分解的雪厚反...     

基于观测量校正的星载GNSS-R海面风速快速反演方法

快速反演(FDI)算法是一种典型的星载全球卫星导航反射技术(GNSS-R)海面风速反演方法,具有计算复杂度低、快速实时反演的特点,但是FDI算法中的反演观测量提取精度不高,导致风速反演精度低.针对于此,提出基于观测量校正的改进FDI算法,用于实现海面风速的快速高精度反演.该方法首先利用辅助测量信息对观测量进行校正以降低...     

陆态网络数据的北斗观测值特性分析

为了进一步分析北斗卫星观测值的相关特性,文章对比北斗卫星与GPS卫星、以及不同类型北斗卫星之间观测值特性的差异,提出了用站间差分考察伪距多路径组合和GFIF组合观测值的方法。陆态网络数据实验结果显示,北斗卫星B1频率观测值的信噪比最低;高度角较低时,北斗卫星伪距多路径组合绝对值和离散度均较大,约为1.5m,且IGSO和MEO卫星的伪距多路径组合值随高度角增大而明显降低;北斗GEO和IGSO卫星的相位GFIF组合有日周期性,变化范围约为±2cm,伪距GFIF组合的变化范围可达±2m;站间差分可明显减弱伪距多路径组合的变化趋势和相位GFIF组合的周期性,表明这两个组合中可能包含与卫星相关的误差,为北斗观测数据误差处理提供参考。     

星载GNSS-R技术反演海面降雨强度及风速和浪高方法研究

星载GNSS-R是一种利用地球表面反射的GNSS信号监测地球物理参数的新兴遥感技术,因其具有时空分辨率高、观测成本低、覆盖范围广和全天候运行等独特优势,已在陆地和海洋遥感领域得到了广泛应用。论文侧重于利用CYGNSS任务收集的星载GNSS-R数据研究海面降雨强度及风速和浪高反演方法,主要研究内容涵盖星载GNSS-R数据质量控制、时延多普勒图(DDM)特征观测值提取、海面降雨检测和强度反演建模、海面风速反演建模、海面浪高反演建模、海面降雨强度及风速和浪高联合反演几个方面。主要研究成果和贡献如下。     

基于GNSS-R技术的实时潮位高度变化反演方法

潮位高度变化反演过程中易产生部分数据丢失情况,导致实时潮位高度变化反演精度不高,为了提高对潮位实时监测能力,研究基于全球导航卫星系统反射信号（GNSS-R）技术的实时潮位高度变化反演方法。通过信号采集设备采集GNSS-R原始信噪比（SNR）信号后,采用奇异谱分析（SSA）和经验模态分解（EMD）相结合的去噪方法去除原始SNR信号的噪声,保留有价值SNR信号;通过线性尺度变换得出线性化SNR信号,经多项式去掉直射信号分量,得出多径振荡分量;采用小波变换分析多径振荡分量提取实时潮位,完成实时潮位高度变化反演。试验结果表明,该方法应用效果较好,可实现实时潮位高度变化反演,SSA-EMD针对不同信号的去噪效果均较好,其中GNSS-R信号去噪最佳,在保留原信号趋势同时,可去除信号中多余噪声;该方法的海面高度反演结果和对比区域实际潮位高度基本一致,且可增强实时潮位反演结果时间分辨率。     

旋翼无人机测算风速风向技术研究

目前大部分民用无人机没有准确测量风速、风向和预警风场的功能,然而森林火灾扑救等多种场景需要无人机可以提供准确的风速。本文提出了一种基于旋翼无人机坐标数据测算风速风向的技术,通过无人机主机RTK坐标信息及方位角、倾角数据精准获取螺旋桨点相对坐标信息,选择不同负载条件下无人机以1~16 m/s的不同速度分别飞行30 s以上,根据螺旋桨坐标信息变化数值,结合风洞测试数据及风场动力学原理,研究风速与旋翼无人机倾角关系,并通过风洞试验检验该方法精度;并可根据无人机RTK推算出的螺旋桨坐标变化信息判断风向。结果表明,无人机风速与旋翼无人机倾角呈正相关关系;无人机负载加重时,对应受风速干扰的倾角会相对减小;无人机飞行受阵风干扰出现噪点的概率,高海拔区域大于低海拔区域;并建立六旋翼无人机飞行倾角的风速估算模型y=－1.043 5+1.150 1x,该模型测算风速的中误差值为0.966,绝对值小于1,满足应急指挥现场对无人机测量风速精度要求。该方法得到风速测算精度高,可以为旋翼无人机实时获取风速风向提供一种可行方法,具有一定的实用价值。     

地面雷达的位移监测试验研究

地面雷达是一种基于微波干涉测量的变形监测设备,具有高精度、高分辨率的监测优势,本文讨论了地面雷达的技术原理和数据处理流程,介绍了微变形监测系统,并进行了位移监测的对比试验,将微变形监测系统与TCA 2003、千分表的位移监测数据进行对比.试验数据分析结果证明:地面雷达具有高精度的位移监测能力.     

统计信息与空间信息按地理格网集成的方法研究

统计信息是区域可持续发展中的重要信息资源,涵盖了人口、农业、工业、经济等各类数据。采用GIS技术,有效地实现统计信息与空间信息的集成管理是区域可持续发展的重要保证。本文在分析了GIS中常用的集成方法基础上,提出了通过统计信息的“空间化”实现两者集成的方法,并以人口为例,详细论述了通过“空间化”实现人口数据与空间数据的集成过程。通过这种集成,可以高效地利用GIS的分析功能实现统计信息的管理、分析、显示。     

灰色系统理论用于矿震极值预测的初步研究

研究应用灰色系统理论,结合矿震极值数据,建立GM(1,1)预测模型,在此基础上进一步应用残差修正主模型,由构造出的新模型推测出未来的矿震极值。预测结果有较高的精度,为矿震极值预测提供一种可行性方法。     

艾比湖盐尘气溶胶光学特性卫星和地基遥感观测

自20世纪50年代艾比湖湖面面积急速退化造成大面积湖底裸露,裸露的干涸湖底成为丰富的粉尘和盐尘源,使得该地区面临严重的盐尘灾害威胁。为了研究艾比湖流域盐尘灾害对区域大气污染状况以及盐尘气溶胶光学性质,利用MODIS气溶胶产品数据获取2002年至今该地区尘暴总体演变态势;利用云–气溶胶偏振雷达(CALIOP)遥感数据以及Microtops II手持太阳光度计,对盐尘灾害高发时间段大气气溶胶总后向散射系数、退偏比、色比、气溶胶光学厚度(AOD)及Angstr?m波长指数(α)等参数进行特征分析,利用拉格朗日混合扩散模型(HYSPLIT)讨论盐尘污染的输送。实验结果表明:受大风天气和人类活动影响,春季是艾比湖流域盐尘灾害高发时段;盐尘灾害发生时,粉尘影响范围主要集中在近地面低空,对近尘源区的精河县、托托乡和乌苏市等地区造成较大影响;风速是影响局地气溶胶变化的主要因素,在局地尘源介入的影响下,距干涸湖底不同距离的地区气溶胶光学性质存在一定差异;盐尘主要在近尘源地区沉降,部分粉尘颗粒上升至高空大气,可对华北地区造成影响。地基和卫星遥感技术相结合,可实现区域气溶胶光学特性的准确估算,为认识盐尘灾害提供科学参考。     

Application of MK-PRISM for interpolation of wind speed and comparison with co-kriging in South Korea

The spatial distribution of wind speed is important information required to understand climate-related regional phenomena. This paper presents the Modified Korean Parameter-elevation Regression on Independent Slopes Model (MK-PRISM) as a method for spatial interpolation of monthly wind speeds. A database of gridded monthly mean wind speeds with a spatial resolution of 1 km for the period of March 2011–February 2014 is constructed by MK-PRISM. Wind speed observation data collected from the 529 to 641 meteorological stations in South Korea were utilized as the input data for interpolation. The wind speed distribution estimated by co-kriging is used for comparison with the MK-PRISM results. Research demonstrates that the efficiency difference between the two models, MK-PRISM and co-kriging, is insignificant. The Kling and Gupta efficiencies of both models were 0.68-0.78 and the root mean square errors (RMSEs) were 0.44-0.68 m/s. The spatial distribution of wind speeds, however, differs between MK-PRISM and co-kriging, which can be considered a reflection of the influence of topographic features such as terrain convexity, aspect, and coastal proximity. MK-PRISM can perform more appropriately to represent the phenomena where similar wind speeds appear continuously along ridges and coastlines. This suggests that a knowledge-based approach that considers topographic features can be successfully applied to the interpolation of monthly or seasonal wind speeds, similar to temperature and precipitation. The wind speed distribution generated by MK-PRISM can be utilized as important data for different geographical studies.     

丘陵区无人机影像基础信息提取方法初探

无人机影像具有高空间分辨率的特性,在体现地物细节上有着多光谱数据所不具有的优势,同时也使得常规的多光谱影像的信息提取方法并不适用于无人机影像,针对这一问题,面向对象法被应用于高分辨率影像信息提取中;与常规方法相比,面向对象法不仅仅是利用影像的光谱信息,也考虑了影像的纹理、颜色、形状指数等多种要素,大大地提高了高分辨率影像的信息提取精度。但面向对象法涉及要素多,需要对研究区有一定的了解,同时需要建立相应的分类规则。该文分别利用基于光谱分析的阈值法及基于对象的面向对象法,对居民区、丘陵区、水体及混合区进行基础地类信息提取,并从时间及精度2个角度进行对比分析。     

基于NARX回归神经网络的岸基GNSS-IR有效波高反演模型分析

有效波高是海洋动力环境的主要参数,针对现有岸基双天线GNSS-R有效波高反演方法必须使用专用型接收机,以及相关测站布设较少、数据获取困难等限制,本文提出了一种利用普通单天线测量型GNSS接收机的GNSS-IR数据反演有效波高的方法。首先,利用NARX回归神经网络构建潮高反演误差与有效波高大小之间的相关模型,并给出了从数据选取、数据集制作到反演模型构建的相关流程与方法。然后,使用斯坦福大学哈勃肯斯海洋实验站中P231站两年的数据,开展了基于NARX回归神经网络的岸基单天线GNSS-IR有效波高反演模型试验。试验结果表明,该模型适用于0.1~2.5 m （即二～四级海况之间）范围内有效波高的反演应用,反演有效波高的MSE最小为0.01 m。     

多波束声速剖面的动态选取方法

在顾及水体声速变化规律与空间位置及时间相关性的前提下,以时间最近法与距离最近法为基础,利用平均声速模型获得深度误差比,再利用深度误差比分析时间最近法与距离最近法的优劣,从而动态选取声速剖面,同时针对动态选取方法的不足进行扩展。实验结果表明,在削弱声速误差影响方面,当参照的水体声速变化规律与实际情况相符时,扩展后的动态选取方法要优于常用方法。