GNSS-MR技术用于潮位变化监测分析

潮位变化的高精度监测一直是全球海平面观测系统、海洋环流和全球气候变化研究领域关注的热点问题之一。随着GNSS研究与应用的不断深入,近年来基于多路径效应的GNSS-MR技术已逐步成为一种新兴的遥感手段,即利用测量型GNSS站进行地表环境(植被、土壤湿度、雪深、潮位、火山活动等)监测。通过分析由多路径引起岸基GNSS站SNR值的变化特性,本文给出了基于SNR观测值的GNSS-MR技术监测潮位变化的反演原理。利用布设在美国华盛顿州Friday Harbor海港岸边的CORS站SC02实测观测数据对潮位变化监测进行了反演分析,并与该站相距359 m的验潮站数据进行了对比分析,两者较差均值约为10 cm左右,两者的相关系数均优于0.98。试验结果分析表明基于岸基CORS站的GNSS-MR技术在一定程度上可用于实时、连续的潮位变化监测,同时也说明岸基CORS站在一定程度上可作为验潮站的补充,进一步拓展GNSS在海洋遥感领域的应用范围。

全球导航卫星系统反射测量(GNSS+R)最新进展与应用前景

全球导航卫星系统(GNSS)具有全天候、近实时、高精度的特点,可持续发射L波段信号,广泛应用于定位、导航和授时(PNT)。随着GNSS技术的发展,最近GNSS反射信号可探测地球表面特征,即GNSS反射测量(GNSS+R)。结合GNSS接收机天线位置和介质信息,利用延迟测量值可以确定表面粗糙度和表面特性。GNSS+R作为当前GNSS和遥感领域的研究热点,取得了一些研究进展和成果。本文详细介绍了GNSS+R原理和方法及其最新应用进展,包括各种GNSS+R技术手段和方法,以及海洋、陆地、水文、植被和冰雪等遥感应用,特别是最新BeiDou-R和TDS-1研究进展。最后给出了GNSS+R应用前景和展望,包括多GNSS系统、GNSS+R接收机、GNSS+R卫星计划和新兴应用等。

GNSS-MR技术用于雪深探测的初步研究

积雪是全球水循环中的重要组成部分,积雪深度与雪水当量的精确监测对全球气候变化研究极其重要。随着GNSS研究与应用的不断深入,基于多路径效应的GNSS-MR（GNSS multipath reflectometry）技术用于地表环境监测（植被、土壤湿度、雪深、海平面等）已成为一种新兴的遥感手段。分析了SNR（signal-tonoise ratio）信噪比值的变化特性,详细给出了基于SNR观测值的GNSS-MR技术探测雪深的基本原理及其计算流程图。为了验证算法的有效性,利用科罗拉多州17d连续跟踪站NWOT的GPS数据反演了降雪厚度,其结果与实测的雪深记录数据吻合较好,误差均值为0.07m。初步研究结果验证了GNSS-MR技术用于积雪深度探测的可行性,并为后续充分利用现有的全球密集GNSS跟踪站数据开展地表环境监测提供重要参考。

利用GPS-MR技术监测石浦港潮位的研究分析

目前基于GNSS-MR技术开展中国沿海区域潮位变化监测实验研究较少,本文利用浙江省宁波市象山县石浦镇石浦港验潮室屋顶的GPS测站数据开展了潮位变化研究分析工作。选取来自海面反射的石浦站GPS有效卫星数据,采用GPS-MR反演潮位算法处理,获取得到石浦站的潮位变化,并与石浦港验潮站实测潮位数据进行对比分析。实验结果显示2010年第345天的GPS潮位数据与石浦港验潮站实测潮位数据之间的偏差均值为0.167 m,相关系数为0.99;2010-06两者偏差均值为0.231 m,相关系数为0.97;2010年全年两者偏差均值为0.238 m,相关系数为0.97。实验结果表明已有的石浦港GPS站存档数据可用于水位提取,且采用GPS-MR技术获取的潮位变化与验潮站具有较好的一致性和连续性。研究结果为充分利用国内沿海GNSS监测站开展潮位监测提供参考。

基于BDS三频相位多路径误差的土壤湿度反演

为丰富GNSS-IR技术的数据源,提出一种基于北斗三频载波相位多路径误差的土壤湿度反演方法。实验结果表明,由多路径误差导出的延迟相位与土壤湿度间存在较强的相关性,相关系数为0.97。该方法仅需较少历元的多路径误差便可获得与基于信噪比的GNSS-IR相当的土壤湿度反演精度,更容易实现土壤湿度的高动态监测。

GPS-MR技术用于降雪厚度监测研究

降雪是重要的淡水资源,也是全球气候系统中重要的组成部分.目前全球雪深探测主要依靠站点稀疏的人工探测仪或低时空分辨率的遥感卫星.近几年,基于不同地表介质引起GPS多路径效应的GPS-MR技术以其全天候,自动化,时空分辨率高、无需建网等诸多优点成为雪深探测领域的一个新型探测手段,本文在国内首次开展了基于测量型接收机的GPS-MR探测雪深研究.首先详细给出了基于GPS信噪比观测值的GPS-MR技术进行雪深探测的基本原理;其次结合实测GPS观测数据和雪深测量数据,分别利用单颗和多颗GPS卫星对GPS-MR探测雪深的可行性与探测精度进行深入研究与分析.初步实验结果表明基于信噪比观测值的GPS-MR技术可用于雪深探测,与实测雪深数据相比其探测精度约为10cm左右,尤其可用于暴雪监测.GPS-MR技术不仅可充分挖掘全球密集GNSS网络用于地表环境监测(雪深探测、海平面变化、土壤湿度、植被变化、火山活动等)的潜能,而且可进一步精化GNSS多路径模型误差,以期进一步提高GNSS用于精密定位与地表环境监测的精度.

信号频率及观测环境对GPS-MR雪深反演的影响分析

针对美国地区6个GPS观测站5年(2012—2016年)的信噪比(signal to noise ratio,SNR)数据,利用GPS多径反射(GPS-multipath reflectometry,GPS-MR)方法详细分析了信号频率以及测站周围环境对雪深反演结果的影响,并与实测结果进行对比,讨论了该方法探测雪深的精度。结果表明,不同频率的SNR数据对反演精度影响不大,但会造成反演结果与真值之间存在一个系统偏差(频率L1的系统偏差约为0.1 m,频率L2C的系统偏差约为0.2 m)。地形起伏和其他物体遮挡均会影响反演精度,遮挡物较大甚至会造成反演失败。受积雪融化的影响,反演结果下降时间会较实测结果下降时间有所提前,致使两者之间的相关性降低。