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...     

GNSS垂直位移反演区域地表质量变化的模拟分析

连续密集的全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)地表形变监测为反演精细的区域地表质量变化提供了有效技术手段.针对格林函数方法反演区域地表质量变化的病态问题,给出了一种改进的正则化拉普拉斯约束矩阵,讨论了广义交叉检验(generalized cross-vali...     

GNSS-R土壤湿度估算体系架构研究与初步实现

土壤湿度估算是全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)反射信号遥感技术(GNSS reflectometry,GNSS-R)重要研究领域之一,近年来国内外学者在GNSS-R土壤湿度估算的理论可行性、信号接收处理方式、地基/空基试验、估算模型及其精度评价等方面做了大量研究工作,对GNSS-R陆面遥感技术应用起到了积极的推动作用。在对GNSS-R土壤湿度估算的研究成果进行梳理的基础上,建立GNSS-R土壤湿度估算体系架构,利用MATLAB进行土壤湿度估算模型集成与软件实现。结合研究机构公开数据集对软件中的估算模型和功能进行验证,表明该软件能够为开展GNSS-R土壤湿度估算的数据处理、模型验证等提供技术支持。     

利用MSMPCA去噪的CEEMD方法监测高频GNSS同震形变

考虑到全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)地震信号的非线性和非平稳性,利用一种多尺度多方向主成分分析(multiscale multiway principal component analysis,MSMPCA)去噪的完备总体经验模态分解(complete...     

使用BD-3 B2a反射信号测量水面高度

B2a信号是北斗三号（BeiDou-3 satellite navigation system, BD-3）新增的高宽带信号,具备非常高的伪距测量精度,适合开展基于全球导航卫星系统反射信号（global navigation satellite system-reflectometry, GNSS-R）的水面高度测量。由于BD-3近两年才开始为全球提供服务,基于BD-3反射信号的研究较少。中国科学院国家空间科学中心研发了具备自主知识产权的GNSS-R接收机,接收机专门增加了BD-3 B2a的捕获跟踪功能,可以对直射和反射B2a信号同时进行捕获和跟踪。接收机同时具备了交叉定标功能,能够有效消除由电缆和接收机通道间差异引起的系统偏差。在中国北京市怀柔开展的岸基实验过程中,累计获取了BD-3 B2a、北斗二号（BeiDou-2 satellite navigation system, BD-2）B1I和全球定位系统（global positioning system, GPS）L1C/A反射信号的相关波形数据,成功反演了水面高度并进行了系统偏差消除。数据处理结果表明,基于BD-3 B2a的水面高度在30 s非相干积分时间条件下反演精度达到了5.9 cm,比BD-2 B1I的高度测量精度提高了13 cm,比GPS L1C/A信号的高度测量精度提高了20 cm。     

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...     

CYGNSS土壤盐分反演方法研究：以黄河三角洲为例

土壤盐碱胁迫是植物生产力低下的关键因素，也是全球盐碱区可持续发展的瓶颈；如何较为高效可靠地获取区域土壤盐分信息是需要优先解决的问题。随着全球导航卫星系统反射测量GNSS-R(Global Navigation Satellite System Reflectometry)的迅速发展，运用星载GNSS-R测量区域范围的土壤盐分成为一种可能。全球飓风导航卫星系统CYGNSS(The Cyclone Global Navigation Satellite System)作为星载GNSS-R计划的重要组成部分之一，其卫星传感器使用的L波段能够敏感地获取土壤介电常数信息，为反演土壤盐分提供了理论基础。本文以CYGNSS作为主要数据源，选取土壤盐渍化十分严重且具有典型代表性的黄河三角洲区域作为研究区域，首次探讨CYGNSS反演土壤盐分的可行性，并建立了一套土壤盐分的反演方法。首先，利用基于相干信号的双基雷达方程对CYGNSS数据进行计算获取地表反射率，并校正地表反射率的地表粗糙度和植被衰减效应，计算得到土壤介电常数的幅值；然后，以改进的Dobson-S土壤介电常数模型为物理模型结合土壤水分主动—被...     

空中目标探测系统信号处理增益分析

针对利用全球导航卫星反射信号(GNSS-R)进行空中目标探测时,信号微弱无法可靠接收的问题,该文提出了一种计算信号处理增益的方法。通过合理设置信号处理算法参数,保证了对微弱信号的后续处理。首先对GNSS-R信号接收链路进行了分析,计算得到了当目标的雷达散射截面(RCS)变化时对应的目标回波功率范围;然后对空中目标上升、平飞和下降三种飞行状态双基地雷达系统几何模型进行了研究,给出了3种飞行状态下对应的有效探测时间,为接收机后续相干/非相干累加算法的处理时间提供阈值限制;最后在阈值范围内,选定合适相关时间,分析了经过相干/非相干累加处理后的反射信号输出信噪比范围。结果表明:在有效探测时间的限制下,相关处理时间取0.6s时,处理后的信噪比在10dB左右,满足一般码跟踪环所需的门限要求,可以保证接收机后续数据处理的顺利进行。     

GNSS变形监测时间序列的改进型3σ粗差探测方法

针对全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)变形监测时间序列中粗差多、大小分布区间大的特点,提出了一种基于小波分析的改进型3σ粗差探测方法。利用实验模拟数据和实际工程数据,分别对该方法的探测效果同常规3σ法和四分位间距(inter-quartile range,IQR)法进行对比。结果表明,改进型3σ粗差探测法相对于常规3σ法和IQR法,不仅在总体探测率上效果更好,而且对探测3σ~5σ粗差的优势更为明显,满足了高可靠性的GNSS变形监测实际需求。     

GLONASS星载原子钟的长期特性分析

俄罗斯全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GLONASS)于2011-10恢复提供全球服务,分析其星载原子钟特性对系统性能评估、完好性监测、卫星钟差确定和预报等具有重要意义.首先基于俄罗斯联邦航天局GLONASS定位、导航、授时信息与分析中心(Information ...     

星载GNSS-R海冰边界探测方法

针对星载接收平台提出了一种利用全球导航卫星系统反射信号（Global Navigation Satellite Systemreflectometry,GNSS-R）进行海冰边界探测的方法。该方法利用导航卫星信号经海冰和海水表面散射后反射信号时延相关功率映射（delay map,DM）的差异,结合镜面反射点位置来探测海冰边界。利用自适应阈值调整算法处理TDS-1卫星数据,获取有效的DM数据,进而得到DM衍生量随镜面反射点位置的变化趋势,并设置DM衍生量的阈值来识别海冰。与全球海冰分布图对比发现,DM衍生量阈值对应的镜面反射点位置与海冰分布图的海冰边界位置基本吻合,证明了DM的有效区时延距离、相关功率的峰值和归一化标准差均可用于海冰边界探测,星载GNSS-R技术在海冰边界探测领域具有较大潜力。     

风云三号D星天基BDS实时定位性能分析

随着北斗三号卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system-3, BDS-3)开始向全球提供导航服务,独立使用BDS为在轨运行的卫星提供全球覆盖、全时段的定位服务成为可能。结合风云三号D星(FengYun-3D, FY-3D)全球卫星导航系统掩星探测仪(global navigation satellite system occultation sounder, GNOS)的真实在轨数据对天基BDS的定位性能进行了详细的分析。首先,使用BDS真实广播星历计算了在不同轨道高度下的可见卫星数和定位精度因子（position dilution of precision, PDOP）,并结合精密星历分析了广播星历的轨道误差、时钟误差及空间信号测距误差(signal-in-space range error, SISRE)。仿真结果表明,在95%的置信水平下,从地面到2 000 km的轨道高度,BDS在全球范围内最小可见卫星数为6,最大PDOP小于5,星座可用性已经达到100%,全球平均可见卫星数BDS比GPS(global positioning syste...     

附加约束条件对GNSS/INS组合导航结果的影响分析

针对车载全球导航卫星系统/惯性导航系统（global navigation satellite system/inertial navigation system,GNSS/INS）组合导航中卫星信号中断,惯性导航系统单独导航误差积累较大的问题,提出了附加载体运动条件约束的卡尔曼（Kalman）滤波解算方法。通过利用载体固有的运动约束,包括近似高程约束、近似速度约束和近似姿态约束,减少载体自由度和模型参数;通过引入新的观测类型,增加观测冗余,可以加强Kalman滤波解,提高在GNSS信号中断时组合导航系统的定位精度,实现无缝导航。     

GNSS广播星历轨道和钟差精度分析

为了对多个全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）当前的广播星历精度进行一个全面的分析,对比了2014—2018年共5 a的GNSS广播星历与精密星历,并对全球定位系统（global positioning system,GPS）、格洛纳斯卫星导航系统（global navigation satellite system,GLONASS）、伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system,Galileo）、北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）、准天顶卫星系统（quasi-zenith satellite system,QZSS）等5个系统的广播星历长期精度变化进行了分析。结果表明：5 a中GPS的广播星历轨道及钟差精度最稳定;GLONASS的广播星历轨道精度稳定性较好,但其钟差精度存在较大的离散度;Galileo得益于具备全面运行能力（full operational capability, FOC）卫星的大量发射及运行,其广播...     

GNSS-R/IR监测地表冻融状态对延迟多普勒波形和多路径数据影响分析

将GNSS-R/IR技术的应用领域拓展到地表冻融状态的监测中,本文利用冻融土混合介质介电常数模型计算土壤介电常数,采用双站全极化相干反射率模型和随机粗糙面散射模型,分别计算了经冻融土反射的GPS相干反射量的镜像反射率,以及GPS非相干反射分量的漫散射特性。模拟分析了冻融转换时,GPS多路径信息(GNSS-IR)以及包含漫散射信号的延迟多普勒图(GNSS-R)的变化特征。理论研究表明冻融转换过程中,地表介电常数的变化导致GPS多路径信息和延迟多普勒图的明显变化。本文从散射机理上揭示了利用GNSS-R和GNSS-IR遥感进行地表冻融特性监测的理论依据。     

ZHBDCORS Multi-GNSS数据质量分析

在北斗导航卫星系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）迈进全球服务之际,对珠海市北斗连续运行基准站（Zhuhai BeiDou continuously operating reference station,ZHBDCORS）系统2014年以来积累的全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）连续观测数据进行质量检核,分析其质量变化原因,评估系统的BDS支持度。结果表明,ZHBDCORS站点接收机及解算软件均不可跟踪BDS-3信号,且未完全跟踪BDS-3卫星播发的BDS-2信号;部分基准站受观测环境影响,数据完整性差,多路径误差明显,应考虑迁站升级;同等观测条件下,BDS呈现更强的抗遮挡能力。     

利用GNSS-R信号进行交通车流检测

为了有效检测交通状况,提出了一种使用GNSS-R （导航卫星反射）信号进行车流检测的方法。该方法利用两种天线分别接收导航卫星直射信号和反射信号,使用通用接收机进行信号采集后,在软件接收机中进行信号处理解算,获得直射通道和反射通道的相关功率,以及卫星的高度角。然后使用反演介电常数的方法对车辆进行探测,获得交通车流状况。通过试验验证,该方法能够有效地对探测区域内的车辆进行检测,证明了使用GNSS-R进行交通车流检测的可行性。     

全球导航卫星系统反射测量土壤水分遥感：现状与机遇

土壤水分作为全球水循环和能量循环的重要组成部分,在地球水循环、能量平衡以及气候变化中具有不可或缺的作用。传统的土壤水分实地测量方法难以获得大尺度、长时序的土壤湿度空间分布,且具有较高的测量成本。微波遥感信号源穿透能力强,具有全天时、全天候的特点,是获取长时序、大尺度土壤水分最有效的手段之一,特别是L波段的全球导航卫星系统反射测量(global navigation satellite system-reflectometry,GNSS-R)技术,其同时具有主动和被动微波遥感的优势,在土壤水分的测量中备受关注。分析了国内外基于GNSS-R技术的土壤水分遥感研究的现状和进展,系统性地介绍了GNSS-R技术获取土壤水分的原理与特征,分别从正演与反演两个角度详细说明了土壤水分测量的具体方法步骤,给出了主要困难与亟待解决的关键问题。以最新的基于旋风全球导航卫星系统（cyclone GNSS,CYGNSS）星载反演为主要介绍对象,深入阐述了基于CYGNSS数据反演土壤水分的理论模型与方法,并简要分析GNSS-R土壤水分遥感发展面临的机遇与挑战,以期为中国今后地基、空基和星载GNSS-R土壤水分遥感...     

地表粗糙度影响下的GNSS-R土壤湿度反演仿真分析

基于双天线全球导航卫星系统反射技术（global navigation satellite system reflectometry,GNSS-R）,建立了两个修正地表粗糙度影响的土壤湿度反演模型——解析模型和人工神经网络模型,并以GPS L1 C/A码为例建立了GNSS-R土壤湿度仿真平台,仿真分析了地表粗糙度对两个模型反演精确度的影响。结果表明,当地表均方根高度大于0.010 m时,必须对解析模型进行粗糙度修正。粗糙度影响修正结果显示,小粗糙度情况下修正的解析模型取得了良好的结果,但对于大粗糙度有一定局限性。在均方根高度大于0.025 m时,进行土壤粗糙度修正前,人工神经网络模型精度比解析模型提高了36.83%~72.36%。进行修正后,人工神经网络模型的精度比解析模型提高了42.86%~54.40%。人工神经网络模型在修正前后取得了相近的精度,无修正的人工神经网络模型精度比有修正的解析模型精度仍提高了35.83%~53.48%。     

地基GNSS水汽反演及其在极端天气中的应用研究EI北大核心CSCD

全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)作为一项颠覆性的导航技术,在诸多重要领域(如测绘、气象、交通、环境和农业等)都得到了广泛的应用。GNSS作为一种新型的水汽探测手段,具有重要的研究前景和应用潜力。它克服了传统气象观测水汽的诸多缺点(成本高、时间分辨率低、仪器偏差与漂移影响较大、易受天气影响等),能够实时反映大气环境的变化规律,全天候地获取全球大气水汽信息。然而,GNSS气象学作为一项快速发展的学科,在多尺度的天气灾害事件监测与预报模型的应用研究中还很有限。