多卫星组合的GPS-MR土壤湿度反演

单天中卫星低高度角状态持续时间较短,导致基于单颗GPS卫星多路径信噪比SNR的土壤湿度反演时间分辨率较低。为保证土壤湿度反演结果的可靠性和准确性,同时改善土壤湿度反演的时间分辨率,顾及信噪比有效高度角区间,提出一种基于多GPS卫星组合的GPS-MR高时间分辨率土壤湿度反演方法。实验结果表明,多卫星延迟相位组合能较好地表征土壤湿度变化趋势,二者相关系数优于0.92;土壤湿度反演时间分辨率由1 d提升为2 h。     

四元数卫星姿态产品对BDS PPP的影响

对比不同分析中心发布的BDS姿态模型的差异发现,卫星机动时期不同分析中心发布的卫星偏航角差异可达近180°。进一步对比四元数姿态、模型姿态、名义姿态3种姿态策略对精密单点定位(PPP)中相位缠绕改正及最终定位结果的影响,结果表明,不同的姿态处理模型会带来近1周的相位缠绕改正差异,使用四元数姿态的仿动态PPP定位结果较名义姿态E、N、U方向的RMS分别减小17%、25%、34%,较模型姿态E、N、U方向的RMS分别减小11%、7%、7%。保持分析中心产品的一致性可以提高PPP精度。     

基于GNSS-IR双系统组合的土壤湿度多星线性回归反演模型

提出一种GPS/BDS双系统组合的土壤湿度多星线性回归反演模型,并以GNSS接收机实测数据为例,对比分析不同GPS和BDS卫星组合反演土壤湿度的效果。实验表明：1)GPS和BDS双系统组合相对于单系统在短观测时间内可以提高有效卫星数,通过多元线性回归原理可实现双系统多卫星的有效融合,提高土壤湿度反演的精度;2)当GPS和BDS组合卫星数达到6颗以上时,反演效果趋于稳定,反演结果与土壤湿度的相关系数均优于0.90,RMSE相对于单星至少提高25.8%。     

GNSS SNR信号反演大坝水位变化

通过采集GNSS信噪比(SNR)数据,基于水面反射的GNSS多路径信号特性,分析信号频率、高度角范围及弧段长度等因素对大坝水位反演结果的影响。结果表明,大坝水位变化反演结果与实测水位数据具有良好的一致性,相关系数在0.9以上,GPS反演精度为0.1~0.15 m,BDS反演精度为0.35~0.45 m,GPS和BDS联合反演精度为0.1~0.13 m,优于单系统反演精度。     

星载GNSS-R地表土壤湿度反演方法的对比与评价

应用气旋全球导航卫星系统(cyclone global navigation satellite system, CYGNSS)的星载反射测量遥感数据和土壤湿度主被动项目(soil moisture active passive, SMAP)发布的土壤湿度产品,对2种星载全球导航卫星系统反射测量(global navigation satellite system reflectometry, GNSS-R)地表土壤湿度反演建模方法进行对比与评价。结果表明,在单个格网上直接对标定的有效反射率和SMAP参考土壤湿度回归建立线性模型,反演得到的地表土壤湿度精度远高于格网统一建模的反演精度。使用1 a的CYGNSS陆地观测数据建立的反演模型已经具有极高的时域稳定性。5个月的测试数据表明,单格网模型反演的地表土壤湿度RMSE可达0.056 cm³/cm³,相关系数达0.9。     

基于HJ-1A CCD1数据的台湾相思树叶面积指数反演

基于HJ-1A CCD1环境卫星数据,以福建沿海地区普遍分布的台湾相思树为研究对象,利用回归分析法(NDVI、OSAVI、EVI、HJVI)和PROSAIL辐射传输模型,构建台湾相思树LAI反演模型。同时,利用同步野外地面实测数据,将模型估算LAI值与实测LAI值进行对比。结果表明：(1)相比归一化植被指数NDVI、优化土壤调节指数OSAVI和增强型植被指数EVI 3种常用植被指数,引入修正大气、土壤背景影响的蓝、绿波段的环境植被指数HJVI来反演相思树LAI具有更高的精度(R²=0.7344,RMSE=0.1421);(2)本研究所选4种植被指数构建的最优反演模型均为非线性模型,其中,环境植被指数HJVI反演LAI最优模型为幂函数模型,表明相思树LAI与植被指数之间呈非线性变化;(3)PROSAIL辐射传输模型法比回归分析法反演相思树LAI的精度有较大提高(R²=0.7903,RMSE=0.1303),可见PROSAIL模型法构建反演模型能更好地反演相思树LAI。     

多极化SAR数据反演额济纳冲积扇地表参数

本文采用遗传算法和后向散射模型相结合的方法,探讨了多极化SAR(Synthetic Aperture Radar)数据反演冲积扇地表参数(地表粗糙度和土壤湿度)的可行性.通过理论模拟和实地地表测量对比,表明该方法在反演冲积扇地表参数方面是切实可行的.该方法可以根据获取数据情况不同,灵活调整反演的代价函数式,并且用于反演的SAR图像必须大于(或等于)两景,数据越多,反演结果越精确.在此基础上,利用ENVISAT ASAR数据和ALOS PALSAR数据,对内蒙古额济纳冲积扇的地表参数进行了反演计算.结果表明,额济纳冲积扇地面相对比较平坦,粗糙度参数变化较小,大部分地区均方根高度小于1.0cm.黑河沿岸地区粗糙度参数较大,而远离黑河的戈壁滩地表粗糙度较小.该地区的土壤湿度反演结果表明,该地区属于极端干旱区域,大部分地区土壤体积含水量低于10%.     

基于超参数优化CatBoost算法的河流悬浮物浓度遥感反演

悬浮物浓度（TSM）是水生态环境评价的重要参数之一,及时掌握河流悬浮物浓度动态变化信息对于内陆水质监测、水环境治理是十分必要的。本研究基于野外实测光谱和悬浮物浓度数据,筛选与悬浮物浓度高度相关的波段组合反射率作为自变量,基于CatBoost、随机森林和多元线性回归算法构建悬浮物浓度遥感反演模型,采用带交叉验证的网格搜索法分别对CatBoost和随机森林2种机器学习模型进行超参数调优,确定模型最优参数配置,并对比不同模型反演精度,确定最优模型。基于最优模型,利用2019—2020年多时相Sentinel-2 MSI遥感影像,反演闽江下游悬浮物浓度,并分析其时空变化特征。结果表明：(1) b4/b3、(b6-b3)/(b6+b3)、(b4+b8)/b3、(1/b3-1/b4)×b5是MSI反演闽江下游TSM浓度的最佳波段组合反射率;(2)对比其他2种模型,基于超参数优化的CatBoost算法建立的悬浮物反演模型精度最高,其决定系数R2为0.95,均方根误差RMSE和平均绝对百分比误差MAPE分别为15.32 mg/L和19.68%;(3) 2019—2020年闽江下游悬浮物浓度分布“西低东...     

利用GNSS反射信号监测海面高度变化——基于法国BRST站2019～2021年数据

GNSS反射测量(GNSS-R)技术凭借其数据来源广泛、低成本、高时空分辨率等优势,在地表与海洋环境监测等方面展现巨大潜力,已成为海面高度(SSH)反演的重要技术途径。现有研究大多聚焦于3～6个月内的短期GPS潮位反演,难以反映海面高度的季节性变化及年际特征,且在动态海面改正时仅考虑了垂向速度的影响,忽视了海面波动的垂向加速度,导致低潮位与高潮位的反演精度较差。基于此,以法国某一岸基跟踪站——BRST站为例,利用其连续3年的BDS/GPS/GLONASS/Galileo四系统反射信号,通过Lomb-Scargle谱分析和二阶动态潮位改正模型,采取稳健回归策略反演海面高度,并将最终结果与验潮站观测值进行对比,分析潮位变化趋势。结果表明：GNSS-R技术反演结果与验潮站观测值具有较好的一致性,反演精度有逐年提升的趋势,均方根误差(RMSE)为7.57 cm,相关系数为0.935;海面高度的季节性变化特征明显,秋、冬季平均海面高度偏高,夏季平均海面高度偏低,且海面高度的季节性变化与温度的季节性变化存在着相反的趋势;M2、S2、K1、O1、N2、K2、P1、Q1、M4等9个分潮的振幅差为0.0...     

变异系数赋权法确定GNSS系统硬件延迟

采用平均实时去噪分离方法处理相位平滑伪距数据,研究GNSS系统硬件延迟估计的随机模型。针对高度角定权、等精度定权等经验定权法参数估计不客观的问题,选取高度角平方和相位平滑值作为质量指标,提出变异系数赋权法,该方法能够顾及观测值的多种随机影响因素,具有较强的数学理论基础。实验结果表明：1）模型拟合精度与观测数据和测站位置有关,测站位置电离层周日变化越平稳、观测数据越充足,模型拟合精度越好;2）变异系数赋权法计算的模型拟合精度优于高度角定权法;3）在参数估计的精度和稳定性方面,变异系数赋权法优于高度角定权法,单天数据的解算精度提高0.2 ns。     

顾及多因子影响的中国区域Tm模型精化研究

利用中国区域2015~2017年探空数据,建立一种顾及地表温度、地表水汽压、高程和纬度的中国区域大气加权平均温度T_m模型（BET模型）。以2018年探空站T_m数据为参考值,分析BET模型精度,并与Bevis模型和GPT3模型进行对比。结果表明,BET模型年均RMSE与bias分别为3.15 K和0.04 K,相比于Bevis模型、1°×1°分辨率的GPT3模型和5°×5°分辨率的GPT3模型,年均RMSE分别降低29.2%、32.8%和39.1%,年均bias分别降低96.4%、96.7%和97.4%,且该模型在中国区域不同高程和纬度上的精度与稳定性优于Bevis模型和GPT3模型。     

近震波形反演震源机制解方法对比研究

分别利用近震波形反演求解震源机制解的gCAP方法和全波形反演方法反演了鲁甸MS6.5地震的震源机制解,并比较两种方法的优点与特性。结果发现,数据方位角的覆盖范围会影响解的稳定性,在使用gCAP方法时尤其需要注意;两种方法获取的震源机制解结果较为一致,走向为73°~77°,倾角为72°~85°,滑动角为157°~180°。     

青海门源MS6.4地震震源机制解与震源深度研究

选取甘肃、青海和宁夏区域测震台网19个宽频带数字台站的地震波形,采用CAP震源机制解方法,研究2016-01-21青海省门源县MS6.4地震,得到其震源机制解和最佳震源深度。反演结果显示,最佳双力偶解为,节面Ⅰ：走向143°,倾角40°,滑动角71°,节面Ⅱ：走向347.2°,倾角52.6°,滑动角105.3°,地震矩震级为MW5.9,最优深度解为7.7 km,与其他结果（CENC、IGP-CEA、Harvard）基本一致。利用滑动时窗相关法提取Pn、sPn震相,再利用其到时差测定震源深度为8.5 km,与CAP结果基本一致,验证了该方法的可行性。     

2020-07-12河北唐山MS5.1地震震源参数及发震构造分析

基于河北区域数字地震台网资料,采用CAP波形反演方法计算2020-07-12唐山M_S5.1地震的震源机制解,同时采用sPL深度震相方法对震源深度进行精确测定。结果显示,唐山M_S5.1地震震源机制解节面Ⅰ走向143°、倾角83°、滑动角-14°,节面Ⅱ走向235°、倾角76°、滑动角-173°;sPL深度震相方法测定的主震震源深度为14 km,与CAP波形反演方法的计算结果一致。结合地震序列分布特征、等震线形态、区域地质构造及深地震反射剖面等资料分析认为,节面Ⅱ为发震断层面,并推测此次地震的发震断层为唐山-古冶断裂。     

GPT3模型反演GNSS大气可降水量精度评定

采用中国区域2017~2018年与GNSS站并址的49个探空站资料对GPT3模型估算的气象参数的精度进行评估,再利用49个GNSS站结合GPT3模型估算的气象参数反演日均大气可降水量PWV,并采用与GNSS站并址的探空站数据对其精度进行评定。实验得出：1）在中国地区,1°分辨率的GPT3模型的精度和稳定性优于5°分辨率,其气压、气温和大气加权平均温度T_m的偏差均值分别为0.73 hPa、1.34 K和－1.67 K,均方根误差均值分别为4.21 hPa、3.75 K和4.15 K;2）利用GPT3模型提供的气温结合Bevis经验公式反演的PWV与GPT3模型提供的Tm反演的PWV精度相当,且2种方法反演的PWV和探空资料实测地表温度反演的PWV呈现很好的一致性,在我国青藏高原和西北地区反演PWV的精度优于我国南方和北方地区。     

利用近震波形研究2016年唐山M4.1地震震源参数及发震断层

基于首都圈地震台网观测数据，利用Hypo2000方法对2016-09-10河北唐山M4.1地震主震震中进行准确测定。采用近震波形反演方法，确定主震的最佳双力偶震源机制解为：节面Ⅰ走向122°、倾角60°、滑动角-42°；节面Ⅱ走向236°、倾角54°、滑动角-142°；矩震级约为M_W4.3。结合近震深度震相sPL确定主震的震源深度约为6 km。使用双差定位法对余震进行重新精确定位，结果显示，余震深度集中分布在4~9 km，整体形态近于铅直，表明发震断层面具有倾向北西、倾角较陡的特点，与节面Ⅱ的性质较为一致，据此推测节面Ⅱ为发震断层面，节面Ⅰ为辅助面。将发震断层面参数与震源区附近断层性质进行对比分析认为，发震断层应为唐山断裂带中唐山-丰南断裂。     

不同截止高度角多模GNSS组合单点定位性能分析

讨论多模GNSS时空统一方法,建立多模单点定位数学模型。采用8个测站的实测数据,对比单GPS与GPS/GLONASS/BDS/Galileo四大GNSS组合多模系统在截止高度角分别为15°、30°、45°时的单点定位性能。结果表明,15°时,多模较单GPS定位精度有一定改善,但效果不明显| 30°、45°时,单GPS不能实现实时定位,多模则能提供稳定可靠的实时定位结果。在北斗卫星导航系统可见卫星数较多的亚太区域,95%以上历元可用,水平方向偏差RMS<8 m,高程方向偏差RMS<20 m,对城市峡谷和密林中导航具有一定的参考价值。     

Comparative Analysis of Fractional Vegetation Cover Estimation Based on Multi-sensor Data in a Semi-arid Sandy Area

The estimation of fractional vegetation cover(FVC) is important for identifying and monitoring desertification, especially in arid and semiarid regions. By using regression and pixel dichotomy models, we present the comparison of Sentinel-2A(S2) multispectral instrument(MSI) and Landsat 8(L8) operational land imager(OLI) data regarding the retrieval of FVC in a semi-arid sandy area(Mu Us Sandland, China, in August 2016). A combination of unmanned aerial vehicle(UAV) high-spatial-resolution images and field plots were used to produce verified data. Based on a normalized difference vegetation index(NDVI) regression model, the results showed that, compared with that of L8, the coefficient of determination(R2) of S2 increased by 26.0%, and the root mean square error(RMSE) and the sum of absolute error(SAE) decreased by 3.0% and 11.4%, respectively. For the ratio vegetation index(RVI) regression model, compared with that of L8, the R2 of S2 increased by 26.0%, and the RMSE and SAE decreased by 8.0% and 20.0%, respectively. When the pixel dichotomy model was used, compared with that of L8, the RMSE of S2 decreased by 21.3%, and the SAE decreased by 26.9%. Overall, S2 performed better than L8 in terms of FVC inversion. Additionally, in this paper, we develop a verified scheme based on UAV data in combination with the object-based classification method. This scheme is feasible and sufficiently robust for building relationships between field data and inversion results from satellite data. Further, the synergy of multi-source sensors(especially UAVs and satellites) is a potential effective way to estimate and evaluate regional ecological environmental parameters(FVC).     

HY-2B星载GPS数据质量及简化动力学精密定轨分析

对HY-2B卫星星载GPS数据进行质量检查,分析伪随机脉冲先验值对简化动力学精密定轨的影响。结果发现,在所有时间间隔中,先验标准差为1×10^-8 m/s²时定轨精度最高,最优伪随机脉冲时间间隔为6 min。估计天线相位中心变化（PCV）,分析不同分辨率（10°×10°、5°×5°）PCV模型对定轨结果的影响,并使用载波相位残差、重叠轨道比较和SLR检核对定轨结果进行检验。结果表明,99%以上的历元能观测到4颗以上GPS卫星,数据完整率达到99.65%,L1、L2波段的多路径误差RMS均值分别为15.7 cm、9.5 cm,证明HY2国产接收机性能良好。轨道内符合精度均达到cm级;未加PCV模型时,SLR检核RMS值为27.8 mm,加入10°×10°、5°×5° PCV模型后,SLR检核RMS值分别提高0.9 mm和1.2 mm,说明轨道外符合精度也达到cm级。