地基GNSS用于冻土区域地表环境多参数反演研究

季节性冻土具有周期性地表抬升/沉降的物理特性，传统测量方法已不能满足当前高精度、实时的监测需求.地基GNSS是一种低成本、全天时、全天候、能够实现连续监测的新兴地基遥感技术.实验应用美国的板块边界观测台网(plate boundary observational GNSS network,PBO)计划SG27测站2013—2021年观测数据，使用地基GNSS技术解译了阿拉斯加巴罗永久冻土区域典型异常年份降雪、无雪期地表形变、测站形变、土壤湿度、大气水汽变化，并通过PBO实测降雪数据验证异常年雪深反演精度，通过测站形变结果验证反演结果为冻土活动层形变，同时对水汽与土壤湿度进行相关性分析.结果显示：反演雪深与实测雪深绝对系数R2为0.815 5，均方根误差(root mean squared error,RMSE)为0.064 3，平均绝对误差(mean absolute error,MAE)为0.040 2；通过水汽与土壤湿度变化趋势图发现两者具有较弱滞后性对应关系，但仅表现在趋势而非幅度值上.表明地基GNSS在长时序冻土环境监测中存在巨大的应用潜力.     

利用珠海CORS监测大气可降水量

依托珠海城市连续运行参考站（continuously operating reference stations,CORS）系统,采用地基全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）反演大气可降水量（precipitable water vapor,PWV）,展开大气可降水量监测系统的应用研究。系统采用精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP）技术与IGS(International GNSS Service)轨道、钟差产品实时或事后估计CORS站点上的大气可降水量,可实时更新发布水汽监测数据。通过对监测系统的内符合精度与外符合精度的测试,表明本大气可降水量监测系统对PWV的估计精度优于2 mm,能实现对珠海北斗CORS(ZHBDCORS)网中站点间小区域的水汽监测,区分各站之间的水汽变化,能满足实时对流层水汽监测及其他气象应用需求,有效地拓展ZHBDCORS系统的服务领域。     

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。     

小波分解辅助的珠海CORS水汽监测技术分析

依托城市连续运行基准站(continuously operating reference station,CORS)系统,利用全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)水汽探测技术可实时获取高精度、高时空分辨率的水汽产品.这些水汽信息是新一代CORS系统的革新产品...     

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。     

基于虚拟参考站的GNSS滑坡变形监测方法及性能分析

全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)技术在大坝、桥梁、滑坡等形变监测领域应用广泛。针对传统监测方法需要架设基准站、导致监测成本增加的问题,提出一种基于虚拟参考站的GNSS变形监测方法,利用连续运行参考站(continuously operating reference stations,CORS)观测数据,生成虚拟参考站(virtual reference station,VRS)代替实体参考站,实现高精度变形监测。利用中国云南省屏边苗族自治县约30处滑坡监测点进行实验分析,结果表明,当CORS基准站间距小于40 km时,双差对流层和电离层延迟模型内插精度优于10 mm,利用观测时长大于8 h的数据,可以实现平面精度优于5 mm、高程精度优于10 mm的形变监测。     

基于虚拟参考站的GNSS滑坡地质灾害监测分析

针对全球卫星导航系统(GNSS)技术在滑坡监测中参考站架设选址难、建设成本高、基准不稳定等问题，使用基于虚拟参考站(VRS)的滑坡地质灾害监测方法，利用卫星导航定位连续运行参考站(CORS)在监测区生成虚拟参考站数据，代替物理参考站进行滑坡监测.实验分析不同解算策略下的虚拟参考站监测精度，并将粗差剔除后的结果与传统GNSS监测进行对比.结果表明：VRS 2 h监测精度平面可达5 mm，高程可达25 mm，所反映滑坡位移趋势与传统GNSS监测一致.     

珠峰及周边地区强震影响垂直形变特征研究

2015年尼泊尔地震对珠穆朗玛峰高程的影响,近年一直受到全世界关注。2020年珠穆朗玛峰高程测量在珠穆朗玛峰及周边地区布设了高精度的全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)形变监测网,收集了1999—2020年跨喜马拉雅山脉的32个连续运行参考站(continuously operating reference stations, CORS)的GNSS连续观测数据。利用GNSS数据监测了珠穆朗玛峰周边地区地壳三维形变特征,定量获取了2015年尼泊尔强震对珠穆朗玛峰周边CORS同震位移,以及地震对区域地壳三维形变长期趋势的影响,特别是对该地区垂直形变的影响。研究结果表明,该区域地壳垂直形变由南至北跨喜马拉雅山脉呈明显的阶梯型分布特征;震后印度板块与欧亚板块存在加速汇聚趋势,导致震后地壳隆升速率同步增大。     

川滇GNSS垂向周期信息地球物理意义探索

针对全球导航卫星系统(GNSS)坐标时间序列共模误差(CME)物理起源不明确的问题,该文利用地球物理资料通过格林函数计算质量负荷在垂直方向上引起的地表形变,分别与主成分分析(PCA)和独立成分分析(ICA)分离的分量进行对比,探索周期信号的地球物理意义。结果显示,PCA的时空滤波效率略强于ICA,但ICA提取的周年信号更接近真实情况,其地球物理起源可能与土壤湿度和大气湿度引起的地表形变密切相关,川滇地区CME的主要成分可能为土壤湿度引起的地表形变。该结果为研究川滇地区地壳形变特征、探寻区域CME的物理起源提供了科学依据。     

京津地区GNSS坐标时间序列噪声特性研究

针对地表质量负荷对京津地区GNSS坐标时间序列噪声特性的影响,选取中国大陆构造环境监测网络8个GNSS基准站2012—2014年的坐标时间序列,利用CATS软件计算大气压、非潮汐海洋、积雪和土壤湿度等质量负载改正前后GNSS坐标时间序列的谱指数、最优噪声模型、速度的变化。发现地表质量负载对GNSS坐标时间序列的噪声特性产生了明显影响。结果显示,京津地区GNSS坐标序列包含白噪声和有色噪声,且最优噪声模型具有多样性。扣除质量负载后N、U分量的噪声模型变化明显,主要表现为FN+WN和PL+WN,而N、E分量的谱指数分别趋近于FN和WN。质量负载改正后基准站U方向的线性速度变化较大,且北京地区变化量大于天津地区。研究结果为提高GNSS数据解算精度、精细分析地壳形变提供参考。     

电磁环境对GNSS观测数据质量的影响

通过在35、110、220、500、800kV 5种不同电压等级的变电站开展全球卫星导航定位系统(GNSS)观测实验,从数据完整率、多路径、信噪比、观测值与周跳比4项指标对各测试站点的GNSS观测数据质量进行统计分析,研究不同电压等级下电磁环境对各GNSS系统观测数据质量的影响。结果表明:不同电压等级下电磁环境对各GNSS系统的观测数据质量无负影响,该结论为论证变电站建设GNSS连续运行参考站(CORS站)的可行性提供了一定的参考价值,促进了卫星导航定位技术在电力行业的应用。     

联合InSAR和GNSS监测沿海地区地面沉降

近年来,城市地表形变造成的损失备受关注。而基于点的传统大地测量监测技术,在区域性的地表形变监测方面存在局限性。本文提出利用空间大地测量技术监测城市地表形变。联合时序InSAR和全球导航卫星系统（GNSS）技术对深圳和香港海岸线的地表形变场进行监测,同时生成香港网络参考站三维变化的时间序列。由结果可知,位于填海区的地铁建筑区和地基较浅的建筑物,存在明显的沉降现象。     

GNSS对流层水汽监测研究进展与展望EI北大核心CSCD

对流层是近地空间环境中与人类活动联系最为密切的大气层,而水汽是低层大气圈中最重要的组成部分之一。尽管水汽在对流层中所占比例较小,但在一系列天气和多种气候变化中都扮演着重要角色。随着全球导航卫星系统(GNSS)的快速发展,GNSS对流层水汽监测成为重要的研究和应用方向。本文系统介绍了GNSS多维水汽监测及其在相关方面应用的研究现状和进展。GNSS水汽监测研究方面,当前主要集中在二维大气可降水量监测和三维湿折射率/水汽密度廓线反演两部分;GNSS水汽应用研究方面,当前主要包括定位、短临降雨及旱涝监测、数值同化预报等。     

地基GNSS-IR风速反演原理及方法初探

随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite Systems,GNSS)的发展,曾经被认为是误差源的多路径效应,已经被证实可以用来监测水位、雪深、植被指数、土壤湿度等反射面参数,其中的地基分支逐步发展为GNSS干涉遥感(GNSS-interferometry refl ectometry,GNSS-IR)技术.为了扩展GNSS-IR技术的监测对象和应用范围,本文提出了一套地基GNSS-IR风速反演的原理及方法.首先,本文基于信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)振荡原理、散射模型原理、波浪谱原理,从理论上证明了SNR截止高度角参数与风速之间存在一一对应的数学关系,并仿真得到了具体的数学关系.然后,本文使用小波分析方法从实测SNR序列中获取SNR截止高度角,并将同一GPS卫星、每天同一时间内SNR序列的截止高度角进行基准统一,获得截止高度角变化量;根据该变化量反演风速.算例选取香港HKQT站在"山竹"和"天鸽"台风前后时间的数据进行分析,结果发现:GPS L5信号的截止高度角变化量与实测风速数据对应关系良好,相关性达到70％ ～85％;截止高度角变化量可以刻画风速从低风速逐步抬升至高风速的变化情况;同一站点截止高度角变化量与风速之间存在特定的数学关系;相关结论证实了利用SNR可以估计风速变化.最后,本文讨论了GNSS-IR风速反演技术中下一步的研究方向,以期推进该技术的实际应用进程.     

构建全球导航卫星中国国家级连续运行站网

未来几年全球导航卫星系统的用户将面临四大系统(GPS/GLONASS/Galileo北/斗)近百颗导航卫星同时并存、互相兼容的局面,它们的用户将面临多种全球导航卫星系统(GNSS)信号的组合、选用和优化问题。介绍全球导航卫星系统连续运行站(CORS)在国内建设的现状,提出当前发展我国全球导航卫星系统连续运行站系统所存在的两个方面的问题,对在中国构建国家级GNSS CORS系统的目的、原则、技术规范标准、服务平台和布设方案等方面进行讨论。GNSS国家级CORS系统可以服务于中国国家大地基准、气象、地球动力学、地学灾害监测以及位置服务等领域。     

基于CORS的浙江省地质灾害监测预警系统建设

主要论述了以浙江省 CORS 系统为基础,综合运用GNSS 空间定位技术、计算机技术、通讯技术、网络技术等现代技术,对可能由地表位移引起的地质灾害进行实时监测、预警和形变分析,建立地质灾害监测预警系统的设计思路和实现过程。     

基于BDS及InSAR的龙羊峡水电站库区地表形变研究

目前北斗卫星导航系统(BDS)、连续运行参考站系统(CORS)和合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术发展迅猛,前景广阔. 但是利用上述技术监测库区形变研究聚焦点是人工建筑,并未验证BDS的可用性,也未融合CORS技术的优势. 针对此问题,结合BDS和CORS高时间分辨率,InSAR高空间分辨率的优势,以龙羊峡库区为研究区域探索合适的结合监测方案. 研究结果表明:龙羊峡库区在研究时期内存在大面积的地表形变区,最大沉降速率52.48 mm/a;最大抬升速率43.60 mm/a;以全球卫星导航系统(GNSS)静态解算成果为参考值进行验证,BDS实时动态(RTK)差分监测成果的精度为7.1 mm,InSAR监测成果的精度为4.4 mm,均满足形变监测的精度要求;采用InSAR进行大面积形变区筛选,再结合CORS利用BDS进行重点区域实时动态差分监测的模式对水库全方位形变监测是可行的.      

基于MATLAB-GUI的GNSS基准站网坐标序列数据处理软件

基于MATLAB及图形用户界面(graphical user interface,GUI)平台,开发了全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)基准站网坐标序列数据处理软件,并用苏州CORS (continuously operating reference stations)网实测数据验证软件的可行性。软件的主要功能模块包括输入输出模块、图形用户界面控制模块、数据预处理模块、时频分析模块和实用工具模块,各模块之间相互独立又包含联系。软件界面良好,操作方便,功能丰富,为GNSS基准站坐标序列的数据处理和信号提取提供了强有力的工具。     

顾及时空因素的高精度全球对流层关键参量模型构建研究EI北大核心CSCD

对流层在全球水循环、灾害天气形成与演变中扮演着极为重要的角色。大气加权平均温度(Tm)、对流层天顶延迟(ZTD)和天顶湿延迟(ZWD)等均属于对流层关键参量,其中ZWD/ZTD是影响GNSS等空间技术高精度导航定位的重要因素,而Tm是GNSS水汽探测的关键参数。随着GNSS导航定位及水汽探测对实时高精度对流层关键参量的要求日趋增强,对流层关键参量的实时高精度全球精化模型构建成为近年来的研究热点。论文针对已有对流层关键参量全球经验模型存在的问题,联合最新的MERRA-2资料和GGOS大气格网产品等多源数据,开展了对流层关键参量的实时高精度全球模型构建研究。论文主要工作和贡献如下。     

基于CORS系统的地质灾害监测预警系统的设计与实现

主要论述了以河北省CORS系统为基础,综合运用GNSS卫星空间定位技术、计算机技术、通讯技术、网络技术、光伏技术、物联网技术等现代技术手段,对可能由地表位移引起的地质灾害进行实时监测、预警和形变分析,建立地质灾害监测预警系统的设计思路和实现过程。