GNSS-R

摘要： 为了解决基于单天线全球导航卫星系统反射遥感测量技术(global navigation satellite system,GNSS-R)的土壤湿度测量中使用单一植被指数进行植被含水量(vegetation water content,VWC)拟合时无法完全反映植被状况的问题,提出了一种可自适应选取植被指数的土壤湿度反演模型。首先完成GNSS-R信号的数据计算解析工作,再对原始高光谱图像进行预处理和解混处理得到植被指数数据,采用灰色关联分析法量化9种植被指数(NVDI、SR、SAVI、NDVI705、mSR705、mNDVI705、VOGI、WBI、NDWI)和植被含水量的相关性,选择相关程度最高的4种参数(SR、SAVI、mSR705、NDVI)去拟合VWC,并利用拟合后的VWC校正GNSS-R的信噪比(signal to noise ratio,SNR)观测值信号,最终进行特征提取与解算工作反演出土壤湿度。实验结果表明,该方法的均方根误差(root mean square error,RMSE)为0.667 79,该方法提高了土壤湿度的反演精度。

摘要： 捕风一号卫星是中国首次实现基于星载导航卫星反射信号测量(global navigation satellite system-reflection,GNSS-R)技术的气象卫星,采用新型L波段海面风场信息探测技术,在风场测量、海面飓风风速反演等方面为国家气象、防灾减灾等行业提供服务。从系统设计角度介绍了捕风一号卫星的总体技术指标,结合需求分析阐述了卫星系统配置、载荷关键指标和轨道特性等方面的确认过程和结果。给出了载荷高精度风场监测、卫星海上发射、星地一体化数据反演、创新性数据中心等方面的技术特点,在具备2~70 m/s范围大风场测量的同时,风速测量精度可以达2 m/s。同时介绍了在轨测试情况、载荷性能比较与后续发展建议。卫星总体方案的设计过程可作为后续业务星和其他卫星系统论证的参考。

摘要： GNSS-R干涉测高技术可用于中尺度海面高度观测,具有空间分辨率高、测量精度高等优势。与传统的GNSS-R本地码测高技术相比,GNSS-R干涉测高技术可以有效提升高度测量精度。虽然GNSS-R干涉测高技术已有一些研究,但是基于北斗三号的干涉测高应用还很少。本文根据GNSS-R干涉测高技术优势,针对北斗三号系统在干涉测高技术上的应用,研发了支持北斗三号的GNSS-R干涉测高接收机并描述了整体架构及实现。利用所研发的接收机进行水面干涉测高试验,首次获取了北斗三号B1和B2干涉测高波形,与传统GPS L1和北斗B1本地码测高波形进行对比。对两种方法计算出的水面高度进行对比,结果显示北斗三号干涉测高精度明显优于GPS L1和北斗B1传统本地码测高精度。

摘要： 土壤水分是影响全球气候和环境的重要因素。微波遥感可以全天时全天候进行工作,其中的P波段适宜进行根区土壤水分监测,L波段对于表层土壤水分非常敏感。但是现有的单站雷达和微波辐射计存在各自的局限性。新兴的机会反射信号遥感(SoOP-R)为土壤水分监测提供了新方法,现有的研究多从实验角度展开,但对于其机理的研究相对较少,一般只集中在一个平面的散射特性进行分析,同时模型只关注线极化。本文在传统的面散射模型的基础上,利用极化合成的方法,通过坐标变换,在缪勒矩阵的基础上,针对SoOP的圆极化特性,发展建立了适用于SoOP遥感的双站圆极化散射模型。以此模型为工具,模拟分析了观测频率、土壤水分、散射天顶角和散射方位角在五种不同圆极化时(RL、RH、RV、R+45/R-45)的双站散射特性。利用模型对于极化信息和观测角度的最优观测组合方面的信息挖掘提供理论支撑。开展双站散射模型的圆极化理论研究对于星载载荷设计、实验数据分析、后向反演算法开发都具有重要的指导意义。

摘要： 为了探究GNSS L1波段中信号不同调制方式的GNSS-R码相位延迟海面的测高性能,开展了双天线岸基GNSS-R海面测高实验,收集了采样率为40 MHz的原始中频数据。利用自主开发的GNSS-R测高软件接收机和反演软件对实验数据进行了处理分析,同时获得了基于QZSS L1C/A码和L1C码的GNSS-R海面测高结果,并分别与岸基同步观测的雷达高度计的测高值进行对比,以对反演结果进行精度评定。实验结果表明:基于QZSS L1C/A码和L1C码的海面测高精度最优可达0.63 m和0.4 m,L1C码的延迟GNSS-R测高精度明显高于L1C/A码。此外,GNSS-R测高精度会随着卫星高度角的增加而有所增加。

摘要： 提出使用主成分分析(principal components analysis,PCA)抑制时延多普勒图(delay Doppler map,DDM)中的海杂波,提高海面目标反演精度。以挪威Sn hvit采气平台作为海面目标,采用2016-11-13的DDM数据进行目标反演。结果显示,未使用PCA抑制海杂波前,反演位置平均误差为17.65 km;抑制海杂波后,反演位置平均误差为11.42 km,位置精度提升35.30%。

摘要： 海浪有效波高是描述海况的重要参数,在海浪和海洋动力学的预测中起着重要的作用。然而,卫星雷达高度计和浮标等传统方法难以实现高时空分辨率的SWH估计。星载GNSS-R为估计SWH提供了一种思路。本文提出了一种基于归一化积分延迟波形反演星载GNSS-R海浪SWH的方法。首先,对星载GNSS-R延迟多普勒图进行去噪处理和数据过滤以便对DDM数据进行严格质量控制。然后,从DDM中提取NIDW,并基于NIDW计算4个GNSS-R观测值(即归一化积分时延波形的前沿斜率和前沿波形值之和,归一化积分时延波形的后沿斜率和后沿波形值之和)。随后,基于这4个观测值建立了星载GNSS-R海浪SWH反演经验模型。最后,分别将ERA5和AVISO SWH数据产品作为验证数据,并将反演模型的SWH估计结果与ERA5和AVISO SWH数据产品进行比较和分析。试验结果表明,当采用ERA5 SWH数据作为验证数据时,4个观测值反演SWH的均方根误差和相关系数分别优于0.66 m和0.65;当采用AVISO SWH数据作为验证数据时,4个观测值反演SWH的均方根误差和相关系数分别优于0.68 m和0.70。进一步表明了本文建模方法在星载GNSS-R SWH估计方面具有可行性和可靠性。

摘要： 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。

摘要： 全球导航卫星系统反射(Global Navigation Satellite System-Reflectometry,GNSS-R)技术是一种新兴的监测海平面高度变化的技术。本文依据GNSS-R技术中的信噪比分析法的原理,通过分析其分离趋势项和提取振荡频率的过程,建立了新的估测模型以提高反演精度。针对传统模型存在的信号分离不佳的问题,本文提出使用变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)算法替换传统的最小二乘拟合法(Least Squares Fitting, LSF)进行趋势项分量的分离。在此基础上,本文引入基于凯塞窗函数改进的LSP(Lomb-Scargle Periodogram)频谱分析法(记为WinLSP)来减弱因频谱泄露带来的反演误差。在瑞典翁萨拉的GTGU站和美国阿拉斯加州的SC02站开展的海平面高度反演实验结果表明,本文建立的估测模型相比于传统模型具有更高的反演精度。基于VMD+WinLSP估测模型得到的GTGU站反演结果的均方根误差(RMSE)、相关系数和反演点数分别为4.70 cm、0.98和5 647。与传统的LSF+LSP估测模型相比,反演精度和GNSS数据利用率分别提高了约29.7%和15.0%。SC02站的RMSE、相关系数和反演点数分别为14.34 cm、0.99和1 785,反演精度和GNSS数据利用率分别提高了约12.3%和9.4%。

摘要： GNSS-R技术已被广泛运用于反演土壤湿度、海平面变化、植被高等领域,然而目前利用多频信号进行海平面变化的反演研究略显不足。为研究GNSS信噪比多频信号反演海平面变化的可行性和有效性,实验采用了GNSS-R的反演方法,分别利用IGS站GPS和GLONASS的L1和L2波段观测数据反演当地海平面变化,并对比验证了反演数值与当地验潮站观测数据的一致性。

摘要： GNSS-R土壤湿度估计是利用接收直达波和土壤反射波的信号强度比值,通过反演得到土壤湿度参量。给出土壤反射波形的仿真结果,研究它们与土壤的介电常数和仰角的依赖关系.介绍了GNSS-R土壤湿度计的反演原理、观测设备和数据处理方法,并得出了初步的实验结果.GNSS-R反演得到的土壤湿度与同一地点用土壤湿度计测量值比较的结果显示,它们吻合得很好.

摘要： GNSS-R土壤湿度估计是利用接收直达波和土壤反射波的信号强度比值,通过反演得到土壤湿度参量。给出土壤反射波形的仿真结果,研究它们与土壤的介电常数和仰角的依赖关系.介绍了GNSS-R土壤湿度计的反演原理、观测设备和数据处理方法,并得出了初步的实验结果.GNSS-R反演得到的土壤湿度与同一地点用土壤湿度计测量值比较的结果显示,它们吻合得很好.

摘要： GNSS-R土壤湿度估计是利用接收直达波和土壤反射波的信号强度比值,通过反演得到土壤湿度参量。给出土壤反射波形的仿真结果,研究它们与土壤的介电常数和仰角的依赖关系.介绍了GNSS-R土壤湿度计的反演原理、观测设备和数据处理方法,并得出了初步的实验结果.GNSS-R反演得到的土壤湿度与同一地点用土壤湿度计测量值比较的结果显示,它们吻合得很好.

摘要： GNSS-R土壤湿度估计是利用接收直达波和土壤反射波的信号强度比值,通过反演得到土壤湿度参量。给出土壤反射波形的仿真结果,研究它们与土壤的介电常数和仰角的依赖关系.介绍了GNSS-R土壤湿度计的反演原理、观测设备和数据处理方法,并得出了初步的实验结果.GNSS-R反演得到的土壤湿度与同一地点用土壤湿度计测量值比较的结果显示,它们吻合得很好.

摘要： GNSS-R土壤湿度估计是利用接收直达波和土壤反射波的信号强度比值,通过反演得到土壤湿度参量。给出土壤反射波形的仿真结果,研究它们与土壤的介电常数和仰角的依赖关系.介绍了GNSS-R土壤湿度计的反演原理、观测设备和数据处理方法,并得出了初步的实验结果.GNSS-R反演得到的土壤湿度与同一地点用土壤湿度计测量值比较的结果显示,它们吻合得很好.

摘要： 作为一种理想的飞行遥感平台,无人机具有全天候、全天时、低成本等技术优势.随着世界各国对海洋环境资料时空分辨率的要求,无人机海洋遥感作为卫星遥感的有效补充,为海洋遥感提供了一条新途径.全球导航定位卫星(GNSS)的反射信号(GNSS-R)可用来反演海面风场、海面高度、有效波高等海洋环境信息,已成为新的空基海洋遥感技术.本文首先论述了无人机的特点以及在海洋探测方面的应用,并概括性地阐述了GNSS-R海洋遥感的原理和方法,最后对GNSS-R海洋遥感技术在无人机上应用的前景和技术需求作了分析。

摘要： 作为一种理想的飞行遥感平台,无人机具有全天候、全天时、低成本等技术优势.随着世界各国对海洋环境资料时空分辨率的要求,无人机海洋遥感作为卫星遥感的有效补充,为海洋遥感提供了一条新途径.全球导航定位卫星(GNSS)的反射信号(GNSS-R)可用来反演海面风场、海面高度、有效波高等海洋环境信息,已成为新的空基海洋遥感技术.本文首先论述了无人机的特点以及在海洋探测方面的应用,并概括性地阐述了GNSS-R海洋遥感的原理和方法,最后对GNSS-R海洋遥感技术在无人机上应用的前景和技术需求作了分析。

摘要： 作为一种理想的飞行遥感平台,无人机具有全天候、全天时、低成本等技术优势.随着世界各国对海洋环境资料时空分辨率的要求,无人机海洋遥感作为卫星遥感的有效补充,为海洋遥感提供了一条新途径.全球导航定位卫星(GNSS)的反射信号(GNSS-R)可用来反演海面风场、海面高度、有效波高等海洋环境信息,已成为新的空基海洋遥感技术.本文首先论述了无人机的特点以及在海洋探测方面的应用,并概括性地阐述了GNSS-R海洋遥感的原理和方法,最后对GNSS-R海洋遥感技术在无人机上应用的前景和技术需求作了分析。

摘要： 作为一种理想的飞行遥感平台,无人机具有全天候、全天时、低成本等技术优势.随着世界各国对海洋环境资料时空分辨率的要求,无人机海洋遥感作为卫星遥感的有效补充,为海洋遥感提供了一条新途径.全球导航定位卫星(GNSS)的反射信号(GNSS-R)可用来反演海面风场、海面高度、有效波高等海洋环境信息,已成为新的空基海洋遥感技术.本文首先论述了无人机的特点以及在海洋探测方面的应用,并概括性地阐述了GNSS-R海洋遥感的原理和方法,最后对GNSS-R海洋遥感技术在无人机上应用的前景和技术需求作了分析。

摘要： 作为一种理想的飞行遥感平台,无人机具有全天候、全天时、低成本等技术优势.随着世界各国对海洋环境资料时空分辨率的要求,无人机海洋遥感作为卫星遥感的有效补充,为海洋遥感提供了一条新途径.全球导航定位卫星(GNSS)的反射信号(GNSS-R)可用来反演海面风场、海面高度、有效波高等海洋环境信息,已成为新的空基海洋遥感技术.本文首先论述了无人机的特点以及在海洋探测方面的应用,并概括性地阐述了GNSS-R海洋遥感的原理和方法,最后对GNSS-R海洋遥感技术在无人机上应用的前景和技术需求作了分析。