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。     

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。     

阶段模型修正的星载GNSS-R土壤湿度反演方法EI北大核心CSCD

本文提出了一种基于CYGNSS数据的星载GNSS-R土壤湿度反演方法。首先,基于CYGNSS数据提取地表反射率参数,联合SMAP数据中提取的植被光学厚度、地表粗糙度和温度等辅助信息,初步构建了土壤湿度反演理论模型,并利用神经网络模型确定了土壤湿度反演的精细数学模型;然后,将该模型处理获得的土壤湿度以35%为分界点,利用本文提出的阶段函数模型提高反演精度,并使用2018年10月—2019年5月的CYGNSS数据,获得了全球范围内星载GNSS-R土壤湿度;最后,通过与SMAP提供的土壤湿度数据进行对比,评估了本文提出的星载GNSS-R土壤湿度反演方法的有效性,并对获取的星载GNSS-R土壤湿度进行了时间序列分析。结果表明,本文提出的土壤湿度反演方法的结果与SMAP土壤湿度具有良好的一致性,且随时间变化的趋势也相符合,为高精度土壤湿度反演提供了一种思路。     

面向陆表的星载GNSS-R DDM波形分类

GNSS-R信号在面向复杂场景的陆表遥感应用中存在信噪比（SNR）低和有效信息难以辨别提取的问题,严重制约了其在陆表遥感领域的应用拓展。为从海量低信噪比的星载GNSS-R陆表数据中快速区分杂波信号和有效信息,本文通过统计归纳分析,基于星载时延多普勒图（DDM）相关峰的显著程度评定,提出了一种DDM波形分类方法。随后,利用该方法对UK TechDemoSat-1（TDS-1）星载陆表观测数据进行了波形分类。最后,比较了分类后波形对应的SNR情况,同时结合典型地物类型对分类结果进行了相关性分析,证实了波形分类方法的可行性与有效性。     

海面GNSS-R模型与时延-多普勒特征研究

GNSS海面反射信号的建模对全球导航卫星系统反射测量(Global Navigation Satellite System-Reflectometry,GNSS-R)遥感应用具有重要意义.针对海面GNSS反射信号建模问题,本文采用Z-V模型研究了GNSS反射信号的时延一维相关功率和时延-多普勒二维相关功率特征,分析了不同风速下一维相关功率的变化情况,讨论了时延间隔和多普勒间隔对时延-多普勒图(delayDoppler map,DDM)的影响.数值结果表明：海面GNSS反射信号的相关功率对海面风速具有敏感性,在DDM波形仿真中,应选择合适的时延与多普勒间隔参数.该模型可模拟不同海况下海面GNSS反射信号的相关功率,为GNSS-R反射信号模拟及海洋遥感应用提供理论模型支撑.     

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。     

GNSS对流层天顶延迟模型及映射函数研究EI北大核心CSCD

对流层延迟是指电磁波信号穿透中性大气层时速度和路径均发生改变的效应,具有非色散性,无法通过多频组合方式消除;由于水汽具有典型的时空非平稳特征,难以对非流体静力学分量进行精确建模。如何妥善处理对流层延迟,是提高GNSS定位精度的重点和难点问题。     

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。     

单基线TanDEM-X InSAR相干性反演森林高度EI北大核心CSCD

由RVoG模型演变的SINC函数模型运用到TanDEM-X InSAR数据反演森林高度时面临观测信息不足的问题,且无法适应不同的森林场景。本文针对这一问题,提出小范围LiDAR数据辅助下基于TanDEM-X InSAR相干性的森林高度反演方法,此方法无须全局高精度DEM产品提供地表相位信息而仅利用相干性即可获取森林高度信息。为验证此方法的可行性,采用西班牙境内两个典型试验区的TanDEM-X InSAR数据进行验证,并利用LiDAR树高数据进行精度评定。结果表明,单基线TanDEM-X InSAR相干性可用于反演森林高度,两个试验区的精度分别为2.34 m和1.74 m。     

多波束测深误差改进模型构建与验证EI北大核心CSCD

为更准确地评估多波束测量数据质量,以常梯度声线跟踪模型为基础,结合Rob Hare经典误差分类,构建了回波检测方式、吃水改正和升沉改正误差综合影响下的多波束测深误差改进模型。通过对实例误差源分解对比和交叉点中误差对比分析,验证了改进模型的正确性。实例计算表明,该模型较Rob Hare模型可减少CUBE曲面2%的交叉点中误差,验证了改进模型的有效性和优势。改进模型考虑的误差因素更多,误差成因分析更为完善,有助于更准确地分析各误差源导致的误差量级大小,研究成果为数据质量控制、数据检核提供理论依据和技术支撑。     

星载LiDAR产品辅助的InSAR森林高度反演

针对星载重轨InSAR森林高度反演受时间去相干制约与模型解算辅助数据难以获取的问题.考虑ALOS-2 PALSAR-2干涉数据特点,采用一种顾及时间去相干影响的半经验散射模型,利用最新发布的星载激光雷达ICESat-2 ATL08高程产品中的植被高度数据作为辅助数据,并结合主成分分析思想(PCA)对ALOS-2 PALSAR-2相干幅度信息与树高的关联模型进行参数解算.实验结果表明,在ICESat-2树高数据辅助条件下,通过散射模型可以较好抑制时间去相干的影响,进而反演出可靠的模型参数及森林高度(RMSE约为3 m).本研究验证了联合星载重轨干涉SAR与星载LiDAR数据实现大范围、大尺度森林高度反演的可行性.     

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...     

用小波分析反演星载SAR图像海面风向

为更好地利用合成孔径雷达SAR图像本身的风条纹信息来反演高精度的海面风向,采用不同模式、不同极化方式的星载ASAR图像,基于抽样小波变换结合快速傅里叶变换的方法反演海面风向,同时将该方法反演的结果与传统的傅里叶变换法和改进的局部梯度法反演的结果进行了对比。结果表明,抽样小波变换应用于海面风向的反演是可行的,反演的风向精度优于传统的傅里叶变换法和改进的局部梯度法。ASAR不同模式、不同极化方式的数据反演结果存在着一定的差异。     

GNSS-R土壤水分遥感的适宜性分析

利用GNSS-R(Global Navigation Satellite System-Reflectometry)技术探测土壤水分是近年来一个新兴的研究方向。目前GNSS-R遥感观测中反射信号的接收与处理方式包括单天线与多天线两种模式,面向实际应用需求,GNSS-R遥感正在实现从最初的地基观测向空基、星载观测的转变。在推进GNSS-R土壤水分遥感技术业务化应用的过程中,必须首先进行适宜性分析,确定该技术探测的地理位置、空间分辨率与探测深度,然而目前对此尚未有系统、全面、定量的论述。本文针对适宜性分析中的3个关键因子分别进行理论分析与公式推导,明确相关概念的定义,并实现定量化描述,最终通过实际应用分析进一步诠释其应用价值。对于单天线模式地基观测,以美国板块边界观测计划PBO(Plate Boundary Observatory)土壤水分产品为例,分析镜面反射点的相对位置、第一级Fresnel反射椭圆簇的面积与时间序列土壤水分所代表的探测深度;对于多天线模式,以郑州上街区农田空基观测试验为例,得到基于航迹的栅格土壤水分空间分布并探讨其探测深度。本文能够为未来两种观测模式下地基、空基和星载GNSS-R遥感观测、北斗反射信号遥感,以及GNSS-R在农业、水文、生态等领域的实际应用提供理论指导。     

Response of GPS occultation signals to atmospheric gravity waves and retrieval of gravity wave parameters

We show that the amplitude of the Global Positioning System (GPS) signals in the radio occultation (RO) experiments is an indicator of the activity of the gravity waves (GW) in the atmosphere. The amplitude of the GPS RO signals is more sensitive to the atmospheric wave structures than is the phase. Early investigations used only the phase of the GPS occultation signals for statistical investigation of the GW activity in the height interval 10–40 km on a global scale. In this study, we use the polarization equations and Hilbert transform to find the 1-D GW radio image in the atmosphere by analyzing the amplitude of the RO signal. The radio image, also called the GW portrait, consists of the phase and amplitude of the GW as functions of height. We demonstrate the potential of this method using the amplitude data from GPS/Meteorology (GPS/MET) and satellite mission Challenge Mini-satellite Payload (CHAMP) RO events. The GW activity is nonuniformly distributed with the main contribution associated with the tropopause and the secondary maximums related to the GW breaking regions. Using our method we find the vertical profiles of the horizontal wind perturbations and its vertical gradient associated with the GW influence. The estimated values of the horizontal wind perturbations are in fairly good agreement with radiosonde data. The horizontal wind perturbations v(h) are ±1 to ±5 m s with vertical gradients dv/dh ±0.5 to ±15 m s km at height 10–40 km. The height dependence of the GW vertical wavelength was inferred through the differentiation of the GW phase. Analysis of this dependence using the dispersion relationship for the GW gives the estimation of the projection of the horizontal background wind velocity on the direction of the GW propagation. For the event considered, the magnitude of this projection changes between 1.5 and 10 m s at heights of 10–40 km. We conclude that the amplitude of the GPS occultation signals contain important information about the wave processes in the atmosphere on a global scale.     

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...     

Application of the RPC model for spaceborne SAR image geometric processing

An increasing number of low, medium, and high resolution SAR satellites creates a demand for a generalized sensor model to replace the rigorous sensor model (RSM). The rational polynomial coefficient (RPC) model is a generic sensor model which accurately fits the object-image geometry for various sensor systems with different coefficient values. It has been widely used as an alternative to RSM for photogrammetric processing of optical images, but its applications to SAR images are rarely discussed in publications. In this paper, the feasibility and practicability of the RPC model for SAR images are studied. The RPC model can not only be used to replace the RSM (range–Doppler model for SAR), but also applied to the processing chain for SAR data, thus facilitating the processing of SAR and InSAR data for end users.