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.      

GNSS-R海洋遥感方法研究

对利用全球导航定位系统(GNSS)的海洋反射信号(GNSS-R)反演海面要素的方法进行了详细讨论。在归纳国外研究成果的基础上,系统地整理和阐述了利用GNSS-R反演海洋要素的理论模型、方法以及反演流程,特别对GNSS-R的信号特征以及功率波形进行了详细讨论和公式推导。     

GNSS-R航空遥感海面风场仿真技术

研究了机载GNSS-R遥感海面风场的仿真原理和技术,以KA-GO相关功率模型为基础,分析海浪谱,海面坡度和风速风向的关系,并针对不同风速、风向、接收机高度和飞行速度海面散射信号相关功率开展了数值仿真分析研究,并建立了仿真软件。仿真研究结果表明,以上因素对海面反射信号的相关功率波形的峰值和后沿斜率均有影响。本文的仿真结论为GNSS-R海面风场反演打下了理论基础,建立的仿真软件为GNSS-R海面风场反演提供研究平台。     

GNSS-R研究进展及其关键技术

全球导航卫星系统反射测量（global navigation satellite system-reflectometry,GNSS-R）技术是利用导航卫星的反射信号进行遥感的一种新兴的对地观测方式,其在海洋领域的研究相对较早和成熟,但是近年来随着星载探测计划的发展,如英国的TechDemoSat-1、美国的旋风全球导航卫星系统（cyclone GNSS,CYGNSS）以及中国的风云三号E星,其在陆地领域遥感研究的优势和潜质已经逐步显现。首先,总结了目前机理模型的研究现状;然后,回顾了星载GNSS-R及其他机会卫星反射信号遥感（signal of opportunity reflection remote sensing,SoOP-R）的典型陆面水循环参数的研究现状,以及GNSS-R技术在土壤水分、植被、地表冻融监测上的应用,并梳理了最新SoOP-R技术在根区土壤水分和雪水当量的研究现状;最后,总结了目前在前向机理模型研究和后续反演算法开发中存在的潜在问题,以期在一定程度上推动该项技术在水循环主要气候气象参数探测的发展。

     

GNSS-R技术在海冰反演中的应用

从海冰现状出发,全面评述海冰反演的研究进展,主要包括SAR观测技术、星载微波辐射计、高度计、雷达辐射计、多微波传感器及GNSS-R技术等,重点介绍当前GNSS-R反演海冰的关键技术,指出GNSS-R反演海冰存在的问题和发展方向。     

GNSS-R研究进展及其关键技术

利用全球导航卫星系统反射(global navigation satellite system reflectometry, GNSS-R)信号对海面风速进行反演时,连续地球物理模式函数常用于建立时延-多普勒图像(delay/Doppler map, DDM)特征值与风速之间的映射关系。该模型在DDM较少的风速范围内(0~5 m/s及12~20 m/s)存在较大系统偏差。为解决该问题,提出了一种自适应累积分布函数(cumulative distribution function, CDF) 匹配方法。该方法将反演风速序列与参考风速序列进行CDF匹配,并利用最小二乘自适应地寻找最优阶数多项式,对风速偏差序列进行拟合和改正。公开数据实验验证结果表明,在0~5 m/s和12~20 m/s内,改正后的反演风速均方根误差分别减小了6%和15%,系统偏差分别减小了45%和25%,明显提升了少样本情况下的反演精度,反演风速更符合自然界中风速分布。     

岸基条件下的星载GNSS-R干涉测高精度验证评估

星载GNSS-R干涉测高技术通过调制GNSS卫星信号的宽带混合码,可以实现高精度宽幅海面测高。为有效验证星载GNSS-R干涉测高性能,本文设计了基于岸基GNSS-R干涉测高结果,开展星载GNSS-R干涉测高精度等效评估的策略。评估结果表明,GNSS-R干涉测高与卫星导航系统信号体制及信号信噪比相关,星载GNSS-R干涉测高可实现分米级测高精度。本文的研究成果可为后续星载GNSS-R干涉测高工程实践提供技术参考和数据支持。     

渤海GNSS-R机载测风试验及其反演结果

对渤海GNSS-R机载试验进行了海面风场反演。结果表明,风速精度优于1 m/s,风向精度优于20°。     

GNSS-R星载测高的动态性误差和信号平行误差研究

基于目前GNSS-R(global navigation satellite systems reflectometry)星载测高的几何路径延迟模型,分析了模型中存在的动态性误差和信号平行误差,给出了产生误差的原因以及了误差的解析表达式。为了获得误差的量级大小,首先采用部分UK-DMC(united kingdom disaster monitor constellation)星载数据进行实验,得到了动态性误差和信号平行误差的在实验中的大小;然后以CHAMP(challenging mini-satellite payload)和COSMIC (constellation observing system for meteorology, ionosphere and climate)低轨卫星作为接收机平台,进行了大量的仿真分析。综合实例和仿真分析的结果,得出这两项误差能够达到m级的结论,这是在测高中不能被忽略的。最后给出了如何用精密的发射机和接收机轨道信息来校正这两项误差的方法。     

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...     

GNSS-R地基实验

讨论了GNSS-R地基实验。计划在海岸附近选择一个固定观测平台,利用GPS单频接收机接收从GPS到观测点的直接和海面反射信号,从接收信号分析得到海面平均高度、有效浪高和潮位等海洋参数。并讨论实验原理,观测设备、以及从0级到2级的数据反演。     

利用卫星星座对GNSS-R海洋遥感时空特性进行研究

利用仿真方法研究了GNSS-R接收天线俯仰角、卫星轨道长半轴和轨道倾角对镜像反射点数量的影响,对4颗和6颗卫星组成的星座时空分辨率进行了仿真计算,分别获取了星座的时间分辨率。认为由6颗卫星组成的星座,8 h可完成全球5°×5°海洋格点的探测任务。     

GNSS-R遥感观测模式及陆面应用

全球导航卫星反射信号遥感GNSS-R(Global Navigation Satellite System Reflectometry)是近年来新兴的一个学科交叉研究领域。本文在调研分析国内外研究进展的基础上,基于GNSS-R工作原理与技术特征,将GNSS-R遥感观测模式定义为双天线模式DAP(Double Antenna Pattern)和单天线模式SAP(Single Antenna Pattern),并对两种观测模式的特性和共性问题进行分析。初步建立GNSS-R遥感应用体系架构,以陆面遥感应用为例,结合近几年参与的GNSS-R观测试验与模型研究工作,给出两种观测模式下GNSS-R遥感的典型应用实例,以期为中国未来地基、空基和星载GNSS-R遥感观测及应用工作的开展提供参考。     

利用GNSS-R信号反演海浪波高

分析了利用GNSS-R观测资料反演海浪波高的原理,讨论了干涉复数场及其相关时间。对Oceanpal观测数据滤波,计算其自相关函数,用三次多项式插值法估计相关时间,得到了新的海浪波高反演经验公式。反演结果与声学波浪仪观测数据比对,两者是比较一致的。     

全球导航卫星反射信号的镜面反射点算法

文章从镜面反射点的定义出发,导出了在搜索镜面反射点时应满足的几何条件,分析了目前用于搜索镜面反射点算法的优点及不足;在此基础上,提出了一种二分算法;最后通过双基实验数据对这一算法进行验证,并与其他算法进行对比,结果显示出这种算法在收敛速度、搜索精度以及准确性等方面的优越性.     

GNSS-R海面风速反演技术研究

利用全球卫星导航系统反射信号技术(GNSS-R)反演海面风速时,得到的双基雷达横截面积由于几何因素的影响不能直接用来反演风速.针对这一问题,对功率校准后的数据进行几何校正,在分析全球卫星导航系统(GNSS)海面反射信号特征的基础上,分析了几何因素对风速反演的影响,对双基雷达横截面积和有效散射区域进行校正,得到相应反射点的反射信号功率;最后对所求得的反射信号参数进行仿真验证.实验结果表明,海面风速反演的均方根误差为2.61 m/s,反演风速与真实风速的相关系数为0.57,校正后的归一化双基雷达横截面积能够有效地反演海面风速.     

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。