GPS坐标时间序列分析研究

近20年来,以GPS为代表的空间大地测量技术观测精度不断提高,已累积了丰富的、高精度、全球覆盖的坐标时间序列数据。这些数据为研究不同时空尺度下的各类地球物理现象提供了重要的数据支撑和大地测量几何约束。然而,由于GPS坐标时间序列中同时包含了各类“信号”和“噪声”,而且噪声来源复杂,信号类型多样,水平和高程分量上信号与噪声的表现形式差异较大。如何从原始序列中提取可靠的“信号”、分离出“误差”是目前地学界研究的热点和难点之一。     

BDS3新试验卫星测距信号质量分析

中国的北斗卫星导航系统按照“三步走”的发展战略稳步推进,目前正处于第二代区域卫星导航系统向第三代全球卫星导航系统发展的关键时期。在郑州设置实验测站,实地采集BDS3新试验卫星的数据,分别从卫星可见数、信号频点、载噪比、伪距观测噪声值、多路径效应等方面分析BDS3试验卫星测距信号的质量。结果表明:对于相同频点,不同卫星的载噪比、伪距噪声、多路径效应变化略有不同,一般而言,倾斜同步轨道卫星(IGSO)的性能优于中轨道卫星(MEO)的性能;相同轨道类型的卫星,载噪比、伪距噪声、多路径效应水平相似,并且载噪比、伪距噪声、多路径效应在各个频点的相对大小关系基本一致。     

GPS接收机硬件延迟时变特性分析

在全球定位系统(Global Positioning System,GPS)中,接收机硬件延迟引起的码偏差和相位偏差是影响精密授时、电离层建模以及非差模糊度解算的重要因素。利用GPS对电离层总电子含量进行估计和建模时,通常假定GPS接收机硬件延迟偏差是稳定不变的量,对其可能存在的波动及影响因素考虑不充分。因此,对GPS接收机硬件延迟偏差的时变特性进行分析,有助于提高电离层电子含量估值的准确性和可靠性。分析了GPS接收机差分码偏差(differential code bias,DCB)和差分相位偏差(differential phase bias,DPB)单历元及单天解的时间变化特性,并对温度变化与接收机DCB、DPB变化之间的相关性进行了实验探究。结果表明,接收机重启前后其DCB值会发生突变,重启之后接收机DCB和DPB大约需要25 min才能趋于稳定。接收机DCB和DPB并不能长期保持稳定,实验数据显示,在2~3 h内,DCB的变化量可以达到0.8 m左右,DPB的变化量可以达到4 mm左右,接收机DCB和DPB的波动与周围环境温度的变化具有较强相关性。     

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。     

重力固体潮信号的独立成分分析与谱相关解调

针对提取重力固体潮潮汐谐波分量,分析各谐波分量间调制关系的问题,该文结合重力固体潮的产生机制建立了一种重力固体潮信号正交分解模型。利用独立分量分析算法和谱相关方法,分离出与模型相对应的独立分量信号,并从独立成分中解调出载波分量和被调制分量。从而完整地描述了地球自转产生的潮汐谐波与月球、太阳相对于地球轨道变化产生的潮汐谐波的正交分解关系。实验表明,此方法能有效地提取出重力固体潮信号中所包含的潮汐谐波信息,并揭示出该重力固体潮信号中存在3个线性叠加的独立分量,在月波分量和年波分量都以乘性调制的方式调制到半日波分量和日波分量上。     

智能手机音频信号与MEMS传感器的紧耦合室内定位方法

基于智能手机内置的传感器,开展了音频信号和MEMS传感器的紧组合室内定位研究.首先,将时频分析技术用于音频信号TOA估计,提出了一种基于短时傅里叶变换和优化互相关方法的两步估计方法.之后,研究了一种基于音频T DOA和行人航迹推算的紧组合定位算法,静态测试的平均定位精度为0.238 m,相比最小二乘方法提高了38.66...     

利用反射GPS信号遥感土壤湿度

在水文、气候、农业等问题的研究中,土壤湿度信息十分重要。近年来,利用GPS系统进行遥感的新方法,已经越来越多地引起研究者们的关注。特别是GPS卫星广播的L1（1.57542GHz）频率信号,是土壤湿度遥感的最佳频率。反射GPS信号功率是土壤介电常数的函数,而土壤介电常数又和土壤湿度有关。根据这一原理,美国国家航空与航天局于2002年进行了基于地表面反射GPS信号的遥感土壤湿度实验。结果证明反射GPS信号对土壤湿度特性十分敏感,由于植被的影响对反射率进行了修正,并用此方法模型与其它方法进行了比较。在利用GPS遥感土壤湿度方面,研制高增益天线,更好的修正信号波动的影响,发展更加完善的遥感土壤湿度方法等是今后在此项研究中所要解决的问题。     

全球水储量变化的GRACE卫星检测

利用GRACE月尺度变化的地球重力场反演了全球水储量变化,并与陆地水文资料、卫星测高资料及海洋模式得到的结果进行了比对.通过对SOURE台站重力变化的陆地水储量变化计算结果和GRACE重力场系数截断为15阶得到的结果比较,发现两者比较接近,且年周期变化特征明显.对于亚马逊流域,当重力场系数截断为15阶且平滑半径使用106 m时,GRACE反演的区域平均水储量厚度的周年变化振幅为15.6×10-2m,小于使用平滑半径为4×105m的23.7×10-2m.在研究长江流域时,本文对水文资料做球谐系数展开,并与GRACE数据做同样的截断和平滑处理,结果发现GRACE反演的水厚度变化与水文资料结果基本上符合.对于纬度±66°之间的海洋区域,GRACE反演的海水质量变化接近于结合卫星测高和海洋模式得到的结果,但对于2°×2°网格,则在一些区域差异明显,最大超过了0.2 m,中误差为3.8×10-2m.可见,当前GRACE卫星时变重力场只能确定出上千公里及以上尺度区域的水储量变化.     

多项式拟合技术在强噪声地震资料中的应用研究

获得高分辨率的地震信号是决定地震勘探在油气田等资源开发中能否发挥更大作用的关键,所以说地震信号的高分辨率是地震勘探所追求的重要目标,而提高数据信噪比才能真正提高地震资料的分辨率.本文通过对多项式拟合技术去噪的研究,以此提高地震数据信噪比.实际数据的处理结果表明,该方法能减少对振幅的畸变,同时可处理非水平的和弯曲的同相轴,可很好地提高地震资料的分辨率.     

基于磁异常信号解析的目标速度特性研究

水下磁性目标产生的磁场成为重要的水下目标非声探测信号源,因此对水下磁性目标的静磁场建模原理开展了研究。实现了均匀磁化的旋转椭球体模型和磁偶极子模型,并对2种模型在目标磁异常信号仿真上的适应性进行了分析。研究表明：相比于磁偶极子模型,旋转椭球体模型在传感器与目标距离较近时也能表现很好的适应性。由此,利用旋转椭球体模型,首先通过仿真计算构建了目标在不同运动速度状态下的近距离磁异常信号数据集,然后开展基于深度学习方法的水下磁性目标运动速度识别方法研究,最后识别效果在验证集和测试集上分别取得了0.17m/s和0.74m/s良好的误差精度,为后续目标的航向等状态识别奠定重要基础。