地基北斗GEO卫星直反信号功率测量偏差分析

针对接收天线方向性造成的北斗地球同步轨道(GEO)卫星直反信号功率测量偏差进行研究。给出地基场景下实际天线接收的直反信号及其功率表达式,讨论天线方向性造成的北斗GEO卫星直反信号功率测量相对偏差,设置具体观测场景进行仿真分析。理论与仿真结果表明:具体场景和时刻下的北斗GEO卫星直反信号功率测量偏差为固定偏差,由天线对干扰信号的抑制性能、天线架设高度和反射面介电常数共同决定;相对偏差的大小随着天线对干扰信号抑制性能的增强而减小,随着天线架设高度的变化在某一范围内波动,也会随着反射面介电常数的变化而变化。

利用北斗GEO卫星干涉信号功率反演土壤湿度

对利用北斗导航系统地球静止轨道(GEO)卫星干涉信号功率反演土壤湿度的方法进行研究。针对现有研究主要建立纯经验模型反演土壤湿度、反演方法单一的问题,提出一种半经验的反演方法。所提方法针对北斗GEO卫星星地之间几何构型较为稳定的特点,利用相邻两天的干涉幅度信息抵消发射信号功率的影响,实现了土壤反射系数的反演。基于交叉极化影响下的反射系数理论模型构建了一种半经验的土壤湿度反演模型,通过仿真与实验对所提方法和模型进行验证。仿真结果表明:所提方法和模型能更好地适应反演过程中出现的非线性情况。实验结果表明:土壤湿度反演的均方根误差小于0.02 cm^(3)/cm^(3),相关系数超过0.8。

森林火灾期间GNSS-R信号反射率与PM_(10)的相关性研究

本研究以2019年澳大利亚野火事件为例,利用悉尼和布里斯班两地气象站于2019年7月18日至12月31日观测的大气颗粒物(PM)浓度数据和全球卫星导航系统反射测量(GNSS-R)反演的地表反射率数据,采用滑动平均和滑动标准差的分析方法,探究了两种数据之间的相关性。结果显示,火灾发生前,PM_(10)浓度与地表反射率的相关性低于30%;火灾后,该相关性显著增强,相关系数超过65%。从数据波动幅度角度分析,火灾前后两者的相关性分别在50%以上和80%以上,但存在明显的相位差异。本研究证明了PM_(10)浓度的变化对GNSS-R反演地表反射率有显著影响,尤其在PM_(10)浓度较高时。这一发现为火灾遥感监测提供了新的理论基础和实用方法,具有显著的创新意义。

GNSS反射信号陆面遥感应用综述

全球卫星导航系统(GNSS)发展至今已有半个多世纪,不仅可以为用户提供导航、定位和授时(PNT)服务,还可用于地球遥感,其应用超乎想象.本文基于GNSS反射信号(GNSS-R)的应用,系统介绍了GNSS-R的基本概念和信号特征,重点针对陆面遥感应用进行了综述,并就未来可能的发展方向做出分析,可为GNSS-R的应用提供一个重要的参考.

低轨卫星的北斗反射信号海洋覆盖分析

北斗系统作为我国自行研制的导航系统,具有独特的混合星座特性,其反射事件在海洋上的空间分布和覆盖性能的研究成果较少。针对上述问题,模拟了北斗三号(Beidou System 3,BDS3)以及全球定位系统(Global Positioning System,GPS)空间星座,模拟不同性能参数的低轨接收卫星,在此仿真系统的基础上,计算反射事件在各仿真场景下的海洋覆盖率以及同时发生反射事件的卫星数量。结果表明:BDS3与GPS相比具有更大的反射事件海洋覆盖率,覆盖性能更优;仿真周期7天与1天相比,前者卫星产生的反射事件海洋覆盖率约为后者5倍;低轨道卫星(Low Earth Orbit,LEO)轨道高度越高,天线波束角度越大,反射事件海洋覆盖率越大;3颗LEO卫星下同时发生反射事件卫星数的平均值约为单颗LEO卫星的3倍。可通过设计多星组网来提高反射事件海洋覆盖率。研究结果对星载反射技术海洋遥感应用方面有一定的参考价值。

卫星升降轨对GNSS-IR海面高度反演的影响

针对在基于信噪比数据的全球卫星导航系统干涉反射测量(GNSS-IR)海面高度反演中,反演精度受多种因素影响,因卫星信号需要连续跟踪的特点,可能导致在低卫星高度角处的升轨与降轨信噪比数据质量不同的问题,探究卫星升降轨对GNSS-IR海面高度反演的影响:给出GNSS-IR原理,并分析卫星升降轨影响;然后通过SC02、AT01测站开展研究。实验结果表明,卫星升降轨的不同会直接导致信噪比振荡效果不同;降轨数据反演结果明显优于升轨数据;2测站因观测环境与设备不同,升降轨的影响也不同,SC02站降轨数据反演精度比升轨数据提升5 cm以上,AT01站降轨数据反演精度比升轨数据提升3 cm以上。因此,在处理GNSS-IR海面高度多频多模反演数据时,卫星升轨与降轨的影响不容忽视。

考虑二次反射条纹的透明被测件多表面干涉测量

为了实现多表面干涉测量,提出了一种基于最小二乘原理的迭代移相算法。通过将二次反射信号纳入最小二乘求解方程中,进一步提高干涉测量精度。根据最小二乘原理将理论值与实际干涉信息相联系从而构建最小二乘方程,该方程分为两部分:初始相位的迭代计算和每两帧之间的移相值的迭代,通过21帧干涉图的迭代结果,求解得到较为准确的初始相位分布。仿真结果表明,不考虑二次反射信号的求解精度为10 nm,将该信号纳入计算以后可将求解精度提高到0.3 nm。通过实测数据的实验结果可知,该算法可以求解出较为精确的相位分布,并且求解结果中没有杂波干扰和谐波信号残余,能够实现多表面透明透镜的高精度测量。

合成孔径雷达测量技术发展与应用

合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)测量,通过搭载在卫星或飞机上的雷达系统发射微波信号并接收地面反射回来的信号,来获取地表的信息,可以在任何天气和光照条件下工作,具有全天时、全天候的特点,是一种主动微波遥感技术。SAR测量时,雷达系统沿直线轨迹运动,同时发射微波信号并接收地面反射回来的信号,生成高分辨率的二维图像,即SAR图像。SAR测量具有大范围覆盖、多极化和多角度观测、穿透力、高分辨率,可用于干涉测量的特征。SAR可以从卫星或飞机上对地表进行大范围的观测,在不同的极化和入射角度下获取数据,穿透云层、植被等遮挡物,获取地表以下的信息。同时,SAR凭借侧视成像的特点,可以被用来精确估计地球表面物体的标高,这使得未来SAR技术的使用领域进一步扩大。

利用GPS卫星信号信噪比的土壤湿度反演方法

为了进一步研究裸土区域表层土壤湿度的全球卫星导航系统反射信号干涉测量(GNSS-IR)遥感,提出1种利用GPS卫星信号信噪比数据的土壤湿度反演方法:建立振幅、相位、频率观测量与土壤湿度间的多元线性回归模型;并对振幅观测量取对数作非线性变换,以提升性能。实验结果表明:多元回归模型预测结果对比原位数据,平均均方根误差(RMSE)为2.43%;非线性变换后平均均方根误差为1.23%,比线性变换前降低49.27%。

缩尺模型试验中早期侧向反射声测量方法研究

文章利用半波长干涉的简单原理制作成高频∞字形指向性传声器 ,同时应用信号处理技术 ,形成简易的早期侧向反射声测试系统 ,在缩尺模型试验中实现早期侧向反射声系数的测量 。

GNSS反射测量技术在水位变化探测中的应用

为进一步研究全球卫星导航系统(GNSS)反射测量技术(R)在不同水域环境中水位变化监测的精度,提出利用GNSS R技术对大坝、航道以及海域等3种水域环境进行水位变化探测反演。结果表明:在3种水域环境下,大坝水位反演精度最高,北斗卫星导航系统(BDS)和全球定位系统(GPS)的卫星信号反演水位变化量与实测水位变化量相关系数均达到0.99,并且在该环境下,BDS卫星信号反演水位变化量与实测水位变化量差值的均方根(RMS)值为0.09 m,GPS卫星信号反演得到的RMS为0.11 m;在航道环境中,反演精度最差,GPS卫星信号反演水位变化量与实测水位变化量相关系数达0.94,二者差值的RMS值为0.58 m;在海域环境中,GPS卫星信号反演水位变化量与实测水位变化量相关系数达0.96,二者差值的RMS值为0.16 m。

国家授时中心自主世界时测量与服务系统

世界时UT1是由地球自转定义的时间尺度,是构成国家标准时间UTC(NTSC)的重要参量。UT1数据服务是守时、卫星导航、深空探测、高精度天体测量领域所必须的基础服务。本文简要介绍与世界时测量和服务有关的技术及国内外现状,着重介绍中国科学院国家授时中心基于甚长基线干涉测量技术(VLBI)、国际GNSS监测评估系统(iGMAS)和天顶照相望远镜技术建立的自主世界时测量与服务系统,内容涵盖系统的组成、测量原理及系统当前的性能。

利用调零天线测向与夹角比对的导航欺骗信号检测

在传统卫星导航抗干扰应用中配置了调零天线的接收机通过多通道接收信号的加权求和,在压制干扰来波方向上形成天线波束方向图零点,以此来抗大功率压制干扰,但无法抗欺骗干扰。针对这一问题,提出了一种新的导航欺骗信号检测方法。首先基于干涉仪测向原理,通过对调零天线中各单元天线接收信号的相位差测量来获得该信号相对于天线阵的来波方向;然后利用来波方向相互之间的夹角在不同坐标系中的不变性,构造实际信号来波方向互夹角矩阵,通过计算与参考来波方向互夹角矩阵之差的范数来反映其偏离程度,以达到检测导航欺骗信号的目的。仿真计算结果显示了该方法的可行性与有效性,从而为配置了调零天线的导航接收机抗干扰能力增强提供了新的技术途径。

基于GNSS多径信号的反射面参数估计算法

全球卫星导航系统(GNSS)多径信号广泛存在于城市峡谷等复杂导航定位场景中.多径信号在干扰GNSS接收机并造成系统定位精度下降的同时,也为接收机提供了周边反射面环境信息.在码相位延迟幅度联合跟踪算法(CADLL)实现GNSS多径信号感知和特征参数提取的基础上,设计实现了基于粒子滤波的反射面参数估计算法.该算法可以在GNSS多径环境中增强接收机的环境感知能力,相关环境信息可应用于场景感知、避障、路径规划和定位增强等领域.静态环境下进行GNSS多径信号采集和算法测试,实验结果表明该算法能够有效估计反射面位置参数,反射面方位角均方根误差(RMSE)小于10°,反射面俯仰角RMSE小于5°,反射面距离RMSE小于10 m.

GNSS-R水位监测研究进展与其在我国水利行业应用展望

水位监测在水文学、水利工程、灾害防治等领域都具有非常重要的意义.传统的水位监测方法存在成本高、覆盖范围小等缺点,GNSS不仅具有导航、定位及授时的功能,还可以利用其反射信号获取反射面的特性信息并将其称为全球卫星导航系统反射测量(Global Navigation Satellite System-Reflectometry,GNSS-R).近年来,GNSS-R技术以低成本、全天候、高时空分辨率等优势为水位监测提供了一种新方法.本文对GNSS-R水位监测的研究现状、不同方法的影响因素以及当前应用过程中存在的问题进行了总结归纳提出了下一步的发展趋势,最后对其在我国水利行业的应用进行了展望.

顾及河流流向的GNSS-R流速反演

针对传统的河流流速测量方法存在价格昂贵、维护困难或不准确等问题,提出一种顾及河流流向的GNSS-R流速反演方法:指出河流流向和反射几何构型会对GNSS-R流速反演造成影响,并利用GNSS信号相对反射面运动产生的多普勒效应进行流速测量;然后引入声学多普勒流速剖面仪(ADCP)实测数据对反演结果进行验证,分析不同几何构型下,散射效应对于多普勒频移的影响,并完善GNSS-R河流流速反演方法。实验结果表明,后向构型时,反演的河流流速值一般大于前向构型;基于后向构型的多普勒频率差对河流流速进行反演的结果与实测流速值变化趋势相近,但由于多普勒频率难以准确捕获的原因,反演中误差较大。

北斗系统在海风海浪探测中的应用研究

利用导航卫星的反射信号进行对地观测是一个新型的应用方向,北斗卫星导航系统的同步轨道、中轨道和倾斜轨道所构成的混合星座构成,使其在对地观测领域具有独特的优势,海风海浪观测是其重要应用之一。首先分析了国内外利用全球卫星导航系统反射信号进行海风海浪探测的情况,然后介绍北斗卫星反射信号接收机的设计及北斗应用软件系统设计。使用所设计的北斗反射信号海风海浪探测系统,在广东省深圳市进行了近3个月的台风探测实验,验证了北斗反射信号进行海风海浪探测的可行性。

GNSS-R信噪比信号在海面测高技术的研究综述

自全球卫星导航反射信号(GNSS-R)概念提出以来,GNSS-R被广泛应用于遥感方面.如海面测高,海面风场反演,海冰检测等多个方面.文中主要介绍了GNSS-R遥感技术在海面测高的应用和研究进展,着重介绍了基于信噪比(SNR)数据测量方法的研究进展,简述了SNR数据测量方法所涉及的理论和信号处理的办法,并根据现有的研究进展,对未来海面测高的发展方向进行展望.

不同极化方式天线对GNSS-IR高度反演的影响

为了进一步探讨不同极化方式的天线对低成本接收机全球卫星导航系统干涉反射技术(GNSS-IR)高度反演的影响,采用智能手机荣耀60、u-blox M8N GNSS模块搭载圆极化低成本天线及测量型接收机中海达V90分别进行高度反演。结果表明,不同的天线极化方式使接收机信噪比(SNR)呈现不同的特性,线极化天线SNR震荡幅度和震荡区间更大;智能手机和低成本接收机均可用于GNSS-IR高度反演,其精度和测量型接收机相当甚至更优;3种设备中,加载线极化天线的荣耀60高度角可用区间范围更大,反演结果数更多,反演精度最高;对于线极化天线,不同的天线方向反演精度也不相同,其中水平放置时反演精度最高。因此,在进行GNSS-IR高度反演时,选择合适的接收机、合适极化方式的天线及其放置方向可更好地兼顾成本和反演精度。

基于观测量校正的星载GNSS-R海面风速快速反演方法

快速反演(FDI)算法是一种典型的星载全球卫星导航反射技术(GNSS-R)海面风速反演方法,具有计算复杂度低、快速实时反演的特点,但是FDI算法中的反演观测量提取精度不高,导致风速反演精度低.针对于此,提出基于观测量校正的改进FDI算法,用于实现海面风速的快速高精度反演.该方法首先利用辅助测量信息对观测量进行校正以降低干扰因素的影响,然后基于统计分析方法对ASCAT卫星风速数据进行海面风速值提取,最后建立了海面风速与校正观测量的地球物理模型函数(GMF)关系式,实现对海面风速的反演.与传统FDI算法相比,该方法的反演偏差值更小,均方根误差(RMSE)降低了29%.