联合时变重力数据与测高数据反演全球海平面变化及其分量贡献

理解全球海平面变化具有十分重要的意义,它间接反映了地球系统中气候性相关因素的变化。本文基于一组海平面指纹和比容经验正交函数,联合时变重力数据和卫星测高数据反演了2002年4月至2020年2月的全球海平面变化,将全球海平面变化分解成南极冰盖融化、格陵兰冰盖融化、陆地冰川融化、陆地水储量变化、冰川均衡调整和海水比容效应这6个分量的贡献。联合反演结果显示,全球平均比容海平面变化为1.08±0.05 mm/a,与相关文献的结果相吻合。研究发现,联合测高数据和时变重力数据的反演方法能够一定程度上减弱GRACE Follow-On卫星时期海水质量变化被低估的现象。本文利用联合反演的结果研究了区域海平面变化,在大部分近海区域反演效果较好,这表明该方法可用于区域海平面变化的研究。     

北斗三号卫星经验型太阳光压模型分析与精化

太阳光压摄动作为在轨导航卫星受到的最大的非保守力,是卫星精密定轨的重要误差源。ECOM模型、ECOM2模型,这两种经验型光压模型被广泛应用于导航卫星定轨。然而,ECOM模型和ECOM2模型分别是针对GPS和GLONASS卫星设计的,并不完全适用于我国北斗三号(BDS-3)卫星。针对五参数ECOM模型在BDS-3卫星低太阳高度角时期轨道不连续性增大的问题,本文提出在 D方向引入一阶周期项来吸收未被模型化光压加速度。结果表明,引入一阶余弦周期项 D_c,能将低太阳高度角时期CAST卫星的切向、法向、径向重叠轨道误差分别减小约60%、52%、29%。针对ECOM2模型中 D_2c和 D₀、D_2s和 B_s之间存在的强相关性,本文提出了不估计 D_2c参数的八参数ECOM2模型和不估计 D_2c与 D_2s的七参数ECOM2模型。结果表明,相较九参数ECOM2模型,不估计 D_2c参数的八参数ECOM2模型能够将CAST卫星和SECM卫星径向重叠轨道误差分别减少约18%和27%。在此基础上,继续移除 D_2s后(七参数ECOM2),径向重叠轨道误差可进一步减小5.2%~8.5%。综合考察重叠轨道精度和SLR检核精度,不顾及 D_2c和 D_2s的七参数ECOM2模型表现最佳。CAST卫星和SECM卫星重叠轨道切向、法向、径向精度分别为5.0、3.4、1.4 cm和5.4、3.5、1.5 cm;SLR检核残差标准差分别为3.1~3.2 cm、4.4~4.7 cm。     

融合工程地质资料与GNSS高精度监测信息的黑方台党川黄土滑坡稳定性研究

针对当前滑坡稳定性评价方法难以准确获取评价结果的突出问题,本文提出了一种融合地下水、工程地质钻孔信息及灌溉资料等工程地质资料与GNSS观测的黄土滑坡稳定性评价方法。首先,基于高分辨率影像、高精度DEM、地层地貌等多源异构数据,建立滑坡精细三维地质模型体;然后,将滑坡外部高精度GNSS监测数据作为模型外部约束条件,进一步构建起融合工程地质资料与GNSS观测的黄土滑坡稳定性综合评价模型。本文方法能够将滑坡外部大地测量高精度监测数据与工程地质数值模拟手段有机融合,实现了滑坡外部形变信息与内部变形机制的有效耦合。通过我国典型黄土滑坡域甘肃黑方台党川实际发生的两起滑坡失稳事件验证表明,本文方法可有效地提高滑坡稳定性评价结果的精度及可靠性,获取了与试验区域滑坡实际失稳情况相一致的结果:HF06/07 GNSS监测点首先失稳,其次是HF09监测点失稳,最后是HF05监测点失稳。基于本文方法获取的滑坡失稳顺序与实际滑坡发生顺序高度一致,显著优于现有的滑坡失稳数值模拟法。     

高精度时空信息崩滑坡灾害监测技术

我国部分地区地质灾害爆发频率高,多年来崩滑坡、泥石流等高危险性地质灾害严重威胁我国人民财产与生命安全。因此,地质灾害及时预警一直是我国在应急方面亟待解决的难题。随着北斗、GPS等全球卫星导航系统的建设组网,GNSS技术逐渐成为当前提供时空位置信息的重要手段,具有数据实时性、设备低功耗、搭建便捷化等特性,成为解决地质灾害监测与预警的理想技术手段。本文利用BDS+GPS+GLONASS时空信息数据,构建了面向地质灾害监测的中长基线毫米级精度的崩滑坡监测解算方法,确定了双差观测的载波相位解算模型。最后在重庆新浦区域展开试验应用,实现了基于高精度时空信息的毫米级滑坡灾害的监测与预警。为预计该区域的地质灾害提供了数据支持,为人民的生产生活提供了技术保障。     

短波红外CO2反演过程约束研究及初步反演结果

短波红外通道卫星CO2遥感是近年国际研究热点。首先,开展了卫星观测对气溶胶及大气温度的敏感性研究;其次,针对基于最优化理论的非线性迭代反演方法反演过程中的不收敛问题,提出了修正的阻尼牛顿方法(MDNM),并利用模拟数据评估了MDNM方法的有效性;最后,利用GOSAT卫星数据反演CO2的垂直混合比浓度,并与地基TCCON站点数进行比对。研究结果表明:短波近红外CO2卫星遥感受气溶胶散射及温度影响明显;通过地基比对初步验证了MDNM具有良好的精度,两者的相关性R2达到了0.729。     

3维场景植被冠层多波段模拟研究进展

植被冠层辐射散射信号中蕴含了丰富的植被信息,通过构建植被冠层辐射散射模型,可以实现植被结构等生物物理参数的遥感定量反演。迄今为止,可见光/近红外、热红外、微波波段均已发展了大量的模型,这些模型在参数反演方面各具优势,但不同波段的模型又有其自身的局限性。跨波段的联合模拟可以实现模型间的优势互补,进而提高地表参数的反演精度,近年来已有学者专注于可见光/近红外与热红外模型,热红外与微波模型,主被动微波模型,以及可见光/近红外与微波模型的联合模拟和协同反演,但多是两两联合,且主要是基于经验模型或解析模型。基于3维场景的植被冠层辐射散射特性模拟模型可以细致刻画不同组分的结构和空间分布特征,对于由植被结构引起的多次散射和组分比例变化的考虑具有优势。本文主要介绍了3维模拟模型在可见光/近红外、热红外和微波波段,以及跨波段联合模拟方面的研究进展,从模型机理、场景统一、以及组分理化参数的统一的角度,探讨了构建多波段3维模拟系统的可行性,展望了多波段3维模拟模型的发展趋势。     

一种适用于电离层层析成像的TV-MART算法

针对电离层电子密度重构问题,提出了一种综合利用总变差最小化(toalvariation,TV)与乘法代数重构算法(multiplicativealgebraicreconstructiontechnique,MART)的电离层层析成像算法。该算法对反演模型的参数施加总变差约束,以提高反演过程的稳定性和结果的精确性。通过模拟数据和实测数据对模型的重构结果进行验证,结果表明,相对于乘法代数重构算法,该算法能够有效地提高电离层电子密度的重构精度。     

基于DFT的可控误差矢量空间数据盲水印算法

传统的DFT(discreteFouriertransform)变换域水印算法中,水印直接嵌入变换后的系数,导致矢量空间数据误差较大。针对此类算法的缺点,本文提出了基于DFT的可控误差矢量空间数据盲水印算法。该算法通过放大处理DFT变换系数,将水印嵌入幅度系数和相位系数中,水印提取采用投票原则,无需原始数据的参与。试验表明,水印嵌入矢量空间数据引起的误差很小;水印对数据格式转换及常见的几何变换攻击具有很好的鲁棒性。     

基于成本最优路径的划界线与实际地形自动匹配

针对当前划界工作中主要采用手工操作实现划界线与实际地形匹配的现状,提出了基于成本最优路径分析实现自动匹配的基本原理,研究了自动匹配的关键技术。首先,基于悬挂特征栅格的反向追踪构造地形特征网络,并借助划界法理对其进行特殊处理。其次,构建成本图层,应用成本最优路径分析实现了划界线与实际地形的自动匹配。最后,通过实验对匹配结果的可靠性进行评价,验证了本文自动匹配方法的有效性和可靠性,并对划界工作提出了若干建议。     

球面圆拟合算法及其在测月定向中的应用

本文提出了一种球面圆拟合算法,解决了月球视面中心的确定问题。结合该算法,利用仿真测量数据,研究了月相及月相姿态对月球视面中心拟合精度的影响。通过观测实验验证了球面圆拟合算法的正确性,并与原有的算法进行了定向结果的比较。结果显示,球面圆拟合算法与原有算法的拟合内符合精度相当,但外部检核精度提高了大约0.5″,建议在工程实践中采用本文提出的算法进行测月定向。