基于潮汐调和分析的全球定位系统-多路径反射测量技术潮位预报

基于全球定位系统的多路径反射(GPS-MR)测量技术的潮位监测已经成为验潮站监测的有效补充,但较少学者利用GPS-MR反演潮位进行潮汐调和分析和预报。为了验证GPS-MR潮位预报的可能性,利用美国大陆板块边缘观测组织(PBO)提供的GPS信噪比数据进行潮位反演,将该反演结果重采样为等间隔潮位序列,利用该潮位序列计算各分潮的调和常数,并进行潮汐预报。通过与美国海洋与大气局(NOAA)提供的实测验潮数据进行对比,结果表明:GPS-MR反演潮位与验潮站实测潮位具有一致性,相关系数为0.94,均方根误差为0.16 m;经样条函数拟合后的1 h GPS-MR潮位序列预测结果同采用验潮站潮位进行预测结果精度相当,同验潮站实测潮位的均方根误差为0.14 m,相关系数为0.97。可见,利用GPS-MR技术进行潮位监测和预报是可行的。

基于黄金分割法的卫星导航信号镜面反射点预测研究

针对利用全球导航卫星系统(GNSS)反射信号进行遥感时镜面反射点位置获取精度低、迭代次数多、计算速度慢的问题,提出了基于黄金分割法预测镜面反射点的预测方法。研究了镜面反射点的特性及其几何关系,通过计算仿真,发现镜面反射点预测是一维单谷凸函数极值搜索问题。将卫星发射机和接收机的位置作为搜索区间,根据黄金分割法的搜索原则插入新的搜索点,依照路径最短原则逐步缩小搜索区间来获取镜面反射点的位置。实验仿真结果表明,所提出的算法具有精度高、反射路径最短、迭代次数少、收敛效率高以及运算速度快的特点。

镜向多路径模型在低角跟踪中的应用

在存在多路径反射的低角跟踪中,当信源相关时,传统的多信号分类(MUSIC)算法和其它一些超分辨技术一样,空间谱估计性能会明显变差。为了克服这一缺点,用一组模拟镜向多路径的特殊向量代替波达矢量(DOA)。把镜像多路径模型应用在最大似然(ML)估计中,其性能得到了很大的改善。最后,应用同一镜像多路径模型,对MUSIC算法和ML算法的性能进行比较,给出仿真结果,结果表明,应用同一镜向多路径模型,且其它条件相同的情况下,在高信噪比时,ML算法和MU-SIC算法性能相当,但在低信噪比时,由于ML算法需要的快拍数少而更有效,且计算量小。

声介质波动方程反射旅行时反演方法

储层精细描述需要精准的背景速度场,全波形反演(FWI)能求取浅层速度场高波数成分。透射波和折射波一般具有较大入射角孔径,可用来恢复速度模型的长波长分量;反射波仅有较小反射角孔径,通常用于恢复速度场短波长分量。本文利用偏移/反偏移算子从背景速度场获取反射波信息,推导了反射波路径;进而得到了波动方程反射层析梯度公式;反演过程中结合Ma和Luo的思路改进了反射层析中伴随源的形式,并修改了梯度的计算;运用动态图像校正法计算反射波旅行时差,实现了利用反射波信息反演速度场低波数成分。模型试算结果表明,本文方法能提高反演的稳定性,具有更好应用潜力。

一种GNSS-MR海平面高度反演模型研究

针对大地测量型GNSS接收机获取的信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)观测值存在趋势项分离不佳和信号叠加干涉的问题,融合自适应噪声完备集合鲁棒局部均值分解方法对原始SNR信号进行分解,有效分离SNR观测值中的趋势项并提取相应的潮位信号,以布设在美国华盛顿州星期五海港岸边的SC02测站为例,利用实测数据反演潮位变化并与传统的低阶多项式拟合方法进行对比分析。结果表明,融合CERLMDAN方法的反演结果的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)、相关系数分别为0.56 m和0.97,相比于传统方法的反演精度提升了33.7%。

声介质下基于波形互相关的反射波反演方法研究

背景速度是决定地震波传播的关键因素,是进一步反演速度场中高频成分的基础。针对反射波反射角孔径较小,通常只用于恢复速度场短波长分量的问题,重新推导了反射波场对背景速度的Fréchet导数,得到反射波路径,利用反偏移算子从背景速度场中获取反射波信息,以数据域反射波互相关函数作为目标泛函进行反演,实现了利用反射波信息来反演速度场的低波数成分的目的。该方法降低了波形反演对波动方程的依赖程度,从而能更好地克服局部极值问题。模型试算结果表明,该方法能够提高反演的稳定性。

一种GPS多路径信号的雪深估测方法

积雪在全球水循环中扮演着重要角色,同时高精度雪深资料也是气候研究的基础数据。目前陆基GPS-R(Global Position System Reflectometry)遥感技术监测地表积雪厚度已成为热点研究之一,其可用来弥补常规测量手段的时空分辨率不足等缺陷。针对测量区域、数据筛选以及有无积雪的信噪比与雪深变化的定量关系等问题,文章结合瑞典KIRU跟踪站的GPS L1C/A观测数据和Lomb-Scargle谱分析法,求解了各单颗卫星的雪深估测值,并计算每日的雪深均值。基于此,反演了连续6个月的逐日雪深序列,最后将其与实测雪深进行多角度的对比分析。结果表明,GPS L1C/A可适用于反演监测地表雪深数据,反演值与实测值之间的整体趋势具有弱偏差和强相关。其中,两者的相关系数为0.96,均方根误差仅4.5 cm,说明陆基CORS测站在一定程度上可拓展GNSS在陆地遥感领域的应用范围。

海上风电场址浅地层剖面信息采集及关键处理技术

浅地层剖面探测是海上风电场址勘察阶段中物探调查的重要手段,能有效地探查海底面以下地层结构特征,为风机基础设计、施工及后期运维提供基础资料。通过分析剖面信息采集过程中影响质量的主要因素,研究后处理的过程及关键技术。研究表明:通过异常振幅去除、涌浪改正、多次波压制等数据处理技术,达到了去除干扰波、地质假象,还原海底以下真实地层信息的要求。掌握正确的外业采集和资料处理技术,能消除大部分外界因素对剖面资料产生的干扰及假象,大幅提高浅地层剖面的数据质量,进而更好地服务海上风电场址勘察工作。

电波暗室静区性能的分析与评估

文章从反射路径损耗、吸波材料性能、天线波束宽度等三个方面分析了影响暗室静区性能的因素,给出了暗室静度计算模型,较全面地考虑了影响暗室静区静度的各项因素,能够为暗室设计者提供科学的指导。

基于几何学的吸波材料与微波暗室性能分析

针对导弹导引仿真对微波暗室的性能要求,用几何光学法和能量积分法建立了微波暗室性能的评价模型。从几何光学原理出发,分析了电磁波在尖劈形吸波材料中的反射情况,得出尖劈顶角与反射率、反射次数之间的关系。给出静区能量的积分计算方法。简化了Maxwell求解问题的复杂度,提高了工程计算效率。计算结果比传统方法更具有工程应用价值。

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。

一种改进的数字单脉冲技术抗干扰特性研究

目前的数字单脉冲技术在空放环境中具有精度高以及抗干扰能力强的优势,但在具有多重环境障碍的室内环境中,其精度和抗干扰能力大大降低,如何抵抗多重路径反射成为一个亟待解决的课题。鉴于此,提出一个改进的单脉冲技术算法,利用单脉波技术的多重误差检测曲线以获得精确的定位位置,并针对在不同干扰源的情况下做出了分析。通过仿真验证了这种改进的单脉冲技术的精度和抗干扰特性,证明了这种新算法的有效性。

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。

一种GPS多路径反射信号的雪深反演

针对传统雪深测量缺乏必要时空敏感性的不足,该文在分析GPS信号多路径反射模型的基础上,利用GPS信噪比观测数据,通过分离提取多路径反射分量研究其时频特性,探讨GPS多路径信号与雪深及其变化关系并进行反演建模。依据菲涅尔反射区理论,确定了反射区域范围,进一步探讨卫星、波段选择及初始反射高度确定等。对比实验研究表明,反演结果与实测值吻合较好,相关系数为0.93,均方根误差为8.6cm;信噪比多路径反射分量的频率能有效跟踪积雪深度的变化。

利用地基GPS反演积雪深度

利用全球导航卫星系统反射信号研究测站周边地表环境参数是近年来遥感领域的研究热点之一。利用测量型全球导航卫星信号接收机数据,实时获取其周边的积雪深度,是对现有降雪监测方法的有效补充。该文基于GPS信噪比与信号振幅的变化特征,研究了使用GPS信噪比观测值进行雪深探测的算法,并首次使用国家气象观测站的业务观测数据对地基GPS反演雪深算法进行了验证。对比试验使用近两个月的人工积雪深度测量值与GPS信号反演的积雪深度值进行了逐日比较,二者的吻合度较好,标准偏差为2.04cm,相关系数为0.94。该对比试验表明,利用常规测量型地基GPS接收机观测数据进行雪深探测是可行的。应用地基GPS反演雪深技术,气象部门基于现有的地基GPS水汽监测网可进一步开展积雪环境监测研究。

小波分析在GNSS-IR潮位反演中的应用

针对全球卫星导航系统多径反射(GNSS-IR)反演潮位值时易出现时间分辨率不足,而当前常用的多模多频法不适用于所有测站,加窗法会使反演结果精度降低的问题,提出1种小波分析反演方法:利用小波变换分析方法提取信噪比序列的瞬时频率,然后反演瞬时潮位值;最后分别以美国SC02站17 d数据和香港HKQT站13 d数据加以验证,并与经典法、加窗法的反演结果进行分析比较。实验结果表明,用小波变换分析法反演潮位值的精度能达分米级,并且可由原先1段信噪比序列反演1个潮位值提升至单历元信噪比反演1个潮位值,反演点个数大幅增加。

基于小波分析的多模多频GNSS-MR潮位反演

基于小波分析方法,利用GPS、GLONASS、Galileo和Beidou观测数据,通过对不同类型的信噪比数据进行质量分析,筛选质量较好的数据提取瞬时潮位。实验结果表明,基于小波分析的多模多频GNSS-MR潮位反演可大幅提升潮位反演结果的时间分辨率,且精度与LSP方法相当,可达到dm级。

地基GPS用于阿勒泰积雪深度反演研究

积雪作为主要的淡水资源,准确地监测积雪覆盖与雪深具有十分重要的意义。随着全球卫星导航系统的不断建设和新技术新应用的不断发展,地基GPS遥感积雪参数技术越来越受国内外学者的重视。本文基于阿勒泰市气象局的GPS地表环境监测站观测数据,采用GPS-MR技术开展了积雪深度反演研究。首先给出了GPS-MR技术用于积雪深度反演的基本原理,其次利用阿勒泰GPS监测站2017年1—3月的数据进行了积雪深度反演分析,最后针对不同GPS卫星高度角区间影响进行精度分析。研究结果表明地基GPS可用于阿勒泰气象站积雪深度反演,与实测雪深较差优于3 cm,且较优卫星高度角区间为5°～20°。地基GPS用于积雪深度反演具有全天候、高精度、高时间分辨率、高自动化、低成本等优点,可充分发挥现有地基GNSS气象监测站在积雪探测领域潜在的应用价值,以期地基GNSS监测站成为积雪遥感探测手段的有效补充。

中国沿海GPS站用于潮波系数提取分析

首先给出了基于GNSS-MR技术提取潮波系数的原理与方法,然后利用布设在浙江省石浦港验潮室屋顶的GPS站DSPU实测数据对潮波系数进行了提取,并与验潮站实测潮位调和分析结果进行了对比分析。实验结果表明GPS-MR反演潮位与验潮站实测潮位值吻合较好,相关系数优于0.97;GPS-MR反演潮位与验潮站实测潮位获取的潮波系数基本一致,除M2、S2外其它差异较小。两者获取的潮波系数差异主要因为DSPU测站观测环境极大地影响了GPS-MR提取潮位精度。沿海GNSS站用于潮位监测和潮波系数提取,将进一步拓展沿海GNSS监测站的应用领域,在一定程度上可弥补验潮站的不足。

GNSS-IR海潮监测的动态改正方法对比分析

从测站环境和监测要求2个方面分析经典改正法和最小二乘改正法在海潮监测中的适用性。结果表明,2种方法均能改正误差,提高反演精度,且具有不同的适用性。经典改正法在正常气象情况下改正效果较好且基本不改变结果的时间分辨率,而最小二乘法更适用于风暴潮或海啸等特殊情况。当监测有效方位角较小的海域时,2种方法改正效果均会降低,且经典改正法受影响更大。