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。     

GNSS-R反演海浪有效波高实验分析

阐述了基于GNSS-R技术利用干涉复数场（ICF）测量有效波高的技术原理以及方法。并对这种方法进行了实验,对实验结果进行了分析。实验结果得出：此方法所测得的结果随有效波高变化,与测波仪测得的波高比较一致,说明GNSS-R遥感测试有效波高方法可以作为一种低成本有效的测量有效波高的手段。     

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...     

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。     

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。     

库区GNSS-R精细化反演水面高度及其验证研究

全球卫星导航系统(GNSS)反射测量技术的出现,为高时空分辨率水位监测提供了一种新的解决方案.?尤其在我国,大中型大坝、库岸高边坡大多建立了GNSS变形监测系统,为全球卫星导航反射信号(GNSS-R)技术监测水位提供了不需重复建设的硬件设备与丰富的数据资源.?以GPS信噪比(SNR)数据为观测量,详细推导了卫星反射信号...     

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...     

基于小波分析提取单频GNSS伪距多路径误差及其对定位的影响

伪距多路径误差是影响GNSS导航定位精度的主要误差源之一。多路径误差与接收机周围环境有关,在实际应用中难以建立有效的多路径误差模型进行改正。对于多频GNSS接收机可以通过多频观测值组合估计伪距多路径,但该方法不适用于价格低廉的单频接收机,而导航中使用的大多数为单频接收机。因此,开展单频GNSS伪距多路径误差提取研究具有重要的工程应用价值。本文基于小波分析对单频GNSS接收机伪距多路径误差估计开展研究,首先验证了小波分析用于单频GNSS伪距多路径误差估计的可行性;其次,研究了采用不同的小波基和分解层次对多路径误差估计的影响;最后,研究了改正多路径误差对GNSS定位的影响。实验结果表明不同的小波基和分解层次对多路径误差提取效果没有明显的差别,但小波分解层次较低时定位误差分布相对更加集中,同时,经过多路径误差改正后在NEU3个方向RMS平均改善率达到20.4%、25.1%、16.4%。     

基于MODIS数据的雪面温度遥感反演

On the basis of simplification of the Planck function in a low temperature range, this paper revises the practical split-window algorithm and presents a method for retrieving snow surface temperature （Ts） based on MODIS data in the middle-latitude region. The application of this method in Qinghai Lake region reveals that it is feasible for the retrieval of Ts. Results of correlation analysis indicate that there was strong negative relationship between Ts and altitude. By analyzing three typical areas in which land cover was relatively homogenous, this paper discusses the relationship between Ts and normalized difference snow index （NDSI） and then presents a new concept named ＂NDSI-Ts space＂.     

利用小波分解改进极移预报模型

为进一步提高极移预报精度,将小波分解引入极移预报中。首先利用小波分解对极移序列进行分解,分离低频分量与高频分量,然后对低频分量建立最小二乘外推模型,获得极移序列的趋势项外推值与残差序列,最后采用自回归（autoregressive,AR）模型对高频分量与残差序列之和进行预报,最终极移的预报值为最小二乘外推值与AR模型预报值之和。结果表明,小波分解可以明显改善最小二乘外推与AR组合模型的极移预报精度,尤其对于中长期预报改善更为明显。     

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...     

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.     

基于IDL的MODIS 1B数据雪面温度反演

对MODIS数据的分裂窗算法进行了简要介绍,通过交互式数据语言(IDL)编程,实现了直接利用MODIS lB数据的雪面温度反演,并将反演结果存贮为标准的HDF文件格式,以供其他软件使用。以我国新疆北部(北疆)为例,将该算法的反演结果与气象站雪面温度观测资料进行对比,结果表明:系统反演得到的雪面温度分布规律与气象观测资料是一致的,反演的平均误差为1.73℃,基本反映了北疆地区的雪面温度分布情况。     

GPS反射信号信噪比与NDVI相关性研究

归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）作为重要的植被生长状况植被指数,对其进行有效实时监测具有重要科学意义。选择4个大陆板块边界观测网（plate boundary observatory,PBO）观测站的GPS信噪比观测值,提取反射信号信噪比并计算归一化振幅,通过与MODIS（moderate resolution imaging spectroradiometer）NDVI产品时序频谱特征的相关性分析,建立GPS反射信号植被指数线性反演模型和BP神经网络反演模型。分析发现:GPS反射信号信噪比归一化振幅与NDVI指数存在显著年周期性和季候特性,NDVI线性反演模型相关系数均约为0.7,均方根误差处于0.05~0.09之间,BP神经网络反演模型相关系数提高了约5%。利用GPS反射信号反演NDVI变化趋势具有可行性,为获取高时间分辨率、低成本的NDVI指数提供了一种新思路。     

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...     

利用GPS-IR监测土壤含水量的反演模型

GPS-IR（GPS-interferometric reflectometry）本质上是一种基于GPS辐射源的双基地雷达技术,利用大地测量型接收机记录的信噪比（signal-to-noise ratio,SNR）数据可用于反演土壤含水量。针对GPS-IR获取土壤含水量的参数估计问题,提出了一种改进的反射信号参数估计方法,并研究了土壤含水量反演模型的建立过程。实验结果表明,利用改进的反射信号参数估计方法可获得更加准确可靠的结果,反射信号相位与土壤含水量间存在显著的线性相关,可建立土壤含水量的线性反演模型,但在连续降雨条件下会存在较大误差。     

GNSS载噪比反演船载气象要素传感器距水面高度

船载气象要素传感器距水面高度是使用块体参数化方法预测近海面大气折射率廓线的必要参数,对于海面蒸发波导等无线电气象系统监测结果的准确性具有重要意义. 利用全球卫星导航系统(GNSS)载噪比(CNR)时间序列反演船载气象要素传感器距水面高度. 该方法提取船舶GNSS接收机输出的卫星信号CNR,采用Lomb Scargle周期谱分析GNSS直射信号与反射信号相干性,反演天线相位中心距水面高度. 根据GNSS天线与气象要素传感器几何关系换算船载气象要素传感器距水面高度. 利用趸船实验数据对该方法进行验证,统计有效反演次数,分析海况对反演结果的影响以及反演高度时均变化. 结果表明:利用该方法反演船载气象要素传感器距水面高度是可行的.      

基于GPS新型L5信号的地表雪深反演研究

利用GPS多路径反射信号测量地表雪深具有全天候和高时空分辨率的特点,因此其可作为一种代替气象站监测雪深的新手段。然而,先前大多数研究仅使用了GPS L1和L2C波段信噪比数据探测积雪深度。为验证新型的L5信号在雪深反演方面的优越性,本文阐述了GPS-R技术反演雪深的原理,利用Lomb-Scargle周期图法所处理的受积雪表层影响的信噪比数据计算了频谱振幅强度,通过获取频谱特征值与天线高度的关系求解雪深值,最后分别与L1反演结果和实测雪深数据进行了对比。试验结果表明：与现有的GPS-R测量雪深结果相比,利用新型的L5反射信号反演地表雪深的精度更佳;采用GPS-R技术探测雪深对把握测站区域内的雪深变化情况和淡水资源储量具有重要价值。     

SVM辅助的GPS SNR雪深时间序列反演

研究了GPS干涉反射技术GPS-IR(GPS-Interferometric Reflectometry);在利用GPS卫星SNR信号进行积雪深度探测的基础上构建了支持向量机SVM(Support Vector Machine)辅助的GPS SNR雪深时间序列反演模型;对积雪深度进行时间序列预报和与传统GPS-IR积雪探测模型进行精度对比分析。实验结果显示,相比传统GPS-IR雪深反演模型,SVM辅助的GPS SNR雪深时间序列反演模型的雪深预报结果的精度更高,也更符合实测雪深的变化趋势,可为地面积雪雪深反演提供新方法。     

基于连续小波分析的混合植被叶绿素反演

利用DB4小波函数对两个尺度4个数据集混合植被高光谱数据进行连续小波分析,分析小波系数与叶绿素含量之间的相关性,建立模型并利用验证数据进行验证,将模型精度与植被指数经验模型进行比较,最后进行了不同数据集之间的交叉验证。结果表明,在叶片尺度与冠层尺度上,基于连续小波分析进行混合植被叶绿素反演,所得模型精度均高于植被指数经验模型精度;在相同尺度上,模拟与实测数据集之间有相同的小波系数特征区域,可以用来进行叶绿素含量反演。