星载GNSS-R土壤湿度反演中开放水域的影响

通过星载全球导航卫星系统-反射测量(GNSS-R)技术可以获取高时空分辨率的土壤湿度(SM)信息,但开放水域会影响反演结果的精度。针对此问题,提出一种开放水域剔除的改进方法。校正其模拟功率得出反射率,结合掩膜数据精确剔除开放水域。为验证改进方法的可行性,处理了2个开放水域比较密集的试验区内为期一年的飓风全球导航卫星系统(CYGNSS)1级数据。反演结果与主被动土壤湿度(SMAP)3级土壤湿度产品进行对比分析,其均方根误差为0.0521 cm^(3)/cm^(3),相关性为0.654。与开放水域剔除前的结果相比分别提升6.2%和9%;与CYGNSS官方发布的产品相比分别提升32%和24%。反演结果可以作为SMAP的SM补充,提供高时间分辨率的SM值。

逐历元GNSS-R测高单差和双差算法

GNSS-R测高是一种高效监测水面高度及其变化的新技术。与传统水面测量技术,如验潮站、卫星测高等相比,其主要优点包括可实现更高时空分辨率的观测、测高结果不受板块垂直运动的影响等。本文提出了一种基于单差观测值组合的cGNSS-R逐历元测高算法,可提高水面高度测量的时空分辨率,并给出了基于双差观测值逐历元cGNSS-R测高算法。利用武汉东湖清河桥上cGNSS-R试验中GPS反射信号观测数据,给出了高精度高时空分辨率的湖面到反射天线相位中心垂直距离,验证了本文算法的准确性,精度可达±2～±4 cm。与水面高实际观测比较结果表明,cGNSS-R单差、双差算法可有效削弱钟差以及电离层和对流层误差对反演水面高度的影响。

组合GNSS观测值反演海面高度

与验潮站技术相比,岸基全球导航卫星定位系统干涉反射技术(GNSS-IR)海面测高成本较低,且其观测量不受地壳沉降的影响,并可利用目前已有的沿海岸GNSS固定站提供的数据反演海面高度。目前常用观测量为大地测量型GNSS接收机给出的信噪比(SNR)值,然而,早期很多GNSS设备的输出文件中都不包含该值,导致无法利用它们研究海面高度长期变化趋势。但经典的码伪距和载波相位观测值中,同样包含着GNSS-IR测高信息。本文分别引入单频码伪距和单频载波相位的组合,以及单频码伪距和双频载波相位的组合GNSS两种观测值的组合实现了岸基海面测高。本文采用模拟数据证明了基于前一组合的GNSS-IR测高精度受到电离层延迟残差的影响,而后一种组合可避免该误差项的影响。为验证两种组合方法的有效性,在山东威海一海上栈桥上开展了试验,采集了全球定位系统(GPS)和北斗卫星导航系统(BDS)的观测数据,并处理得到了海面测高信息。最后,将反演结果与26 GHz雷达高度计的观测值进行了比较分析,发现二者具有较好的一致性,相关系数均优于85%。试验结果表明:两种码伪距和载波相位组合法均可用于GNSS-IR测高。另外,由于当前GNSS-IR测高受多种误差项影响,导致反演精度较低,使得后一种组合在避免电离层延迟残差方面的优越性并没有明显体现。本文组合方法的引入,增加了海面高度反演方法的多样性,提升了GNSS-IR测高技术的应用空间。

宽巷组合下的cGNSS-R测高算法

传统的GNSS反射信号（c GNSS-R）测量湖面和海面的高度具有较高的时空分辨率,因此可以作为验潮站使用,它是一种监测海洋潮汐及海平面变化的新手段。本文提出了一种基于L1-L2宽巷观测量组合的GNSS-R测高新算法。该算法的优点是：利用宽巷的方法可以用码与相位的双频观测值来快速确立需求的整周模糊度。为验证该方法,在武汉市东湖清河桥上做了试验,并利用所得观测量,按照该新算法解算了接收机到湖面的高度。通过试验分析,RMS显示其精度可以达2~3 cm。

空间坐标系变换的函数梯度描述方法

为了将空间坐标系变换由静态的、不随时间发生变换的情况推广到动态的、随时间发生变换以及任意角度发生变换的情况,基于单位四元数构造的旋转矩阵和罗德里格矩阵的完全等价性,揭示出空间坐标系(空间直角坐标系)变换与函数梯度的数学关系,推导出由函数梯度表示的空间坐标系变换的数学公式,在理论上说明了用函数梯度描述空间坐标系变换的方法。研究表明,在数学意义上,空间坐标系变换的本质是"场",可以用"场"的概念统一以任意角度发生旋转变换的空间坐标系变换特例,为进一步研究空间坐标系随时间发生连续变换的情况或以新的思路为运动载体定姿奠定了理论基础。