利用多系统GNSS干涉反射测量估计长江巴东水位变化

水位信息是研究水循环、气候和生态环境变化的重要参数,近实时、高精度地监测其变化具有重要的意义.传统水位计测量成本高、范围小,且是相对水位测量.全球导航卫星系统干涉反射测量(GNSS-IR)利用岸边架设的GNSS接收机所获取的信噪比(SNR)数据估计水位变化,为水位测量提供了一种新的监测方法,具有全天候、高精度和近实时等优点.本文利用长江上游巴东多系统GNSS观测站采集30 d的GPS、BDS以及GLONASS系统SNR数据,反演了水位变化,并和水位站进行比对,结果表明GNSS-IR获得厘米级的水位反演精度,RMSE最低为6.43 cm.GPS和GLONASS系统L1频段以及BDS系统B1频段估计结果较好,GLONASS系统L2频段的反演精度低于其他频段.联合不同GNSS系统估计水位变化,提高了GNSS-IR反演水位的时间分辨率.

利用GNSS反射信号监测海面高度变化——基于法国BRST站2019~2021年数据

GNSS反射测量(GNSS-R)技术凭借其数据来源广泛、低成本、高时空分辨率等优势,在地表与海洋环境监测等方面展现巨大潜力,已成为海面高度(SSH)反演的重要技术途径。现有研究大多聚焦于3~6个月内的短期GPS潮位反演,难以反映海面高度的季节性变化及年际特征,且在动态海面改正时仅考虑了垂向速度的影响,忽视了海面波动的垂向加速度,导致低潮位与高潮位的反演精度较差。基于此,以法国某一岸基跟踪站——BRST站为例,利用其连续3年的BDS/GPS/GLONASS/Galileo四系统反射信号,通过Lomb-Scargle谱分析和二阶动态潮位改正模型,采取稳健回归策略反演海面高度,并将最终结果与验潮站观测值进行对比,分析潮位变化趋势。结果表明:GNSS-R技术反演结果与验潮站观测值具有较好的一致性,反演精度有逐年提升的趋势,均方根误差(RMSE)为7.57 cm,相关系数为0.935;海面高度的季节性变化特征明显,秋、冬季平均海面高度偏高,夏季平均海面高度偏低,且海面高度的季节性变化与温度的季节性变化存在着相反的趋势;M2、S2、K1、O1、N2、K2、P1、Q1、M4等9个分潮的振幅差为0.06~6.76 cm,其平均绝对误差(MAE)为1.60 cm,迟角差为0.03°~6.96°,其平均绝对误差为2.45°,在频域上进一步验证了GNSS-R技术监测海面高度变化的可靠性。

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。

雷达干涉测量中人工角反射器设计及在影像图中的识别

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)是20世纪后期发展起来的一种新的测量技术,具有全天时、全天候、能获得面数据等对地观测特点。但在实际应用中却受到时间和空间失相关以及大气效应等条件的制约。选取金沙江流域地处高山峡谷区的某河段为研究区域。由于传统的InSAR技术达不到理想监测效果,因此应用了角反射器(CR)技术。首先阐述了CR在InSAR技术不同发展阶段中的应用;介绍了其制作及现场安装过程中应注意的问题。最后采用双重阈值法来识别CR,识别出的CR位置与实测CR中心位置坐标相吻合,证明了其识别CR的有效性。

寄生虚反射对外差干涉椭偏测量的影响

研究了一种采用横向塞曼激光器并且没有任何运动部件的外差干涉椭偏测量系统。由非理想的激光源、偏振分光镜等器件所产生的非线性误差,是影响纳米测量精度的主要因素。采用琼斯矢量法,分析并建立了光学系统寄生虚反射所引入的误差模型,讨论了虚反射对误差漂移的影响。在不考虑其它误差因素的前提下,同一光路内部产生的同频率虚反射波对测量结果没有影响;而不同频率的参考光束与测量光束之间的交叉虚反射所产生的膜厚测量误差为亚纳米量级。讨论了消除和抑制虚反射误差的方法。

干涉法测量多层透明膜系反射率

应用干涉法实现透明膜系反射率的测量。将待测膜系镀在两薄玻璃片上 ,并构成 F- P干涉仪 ,根据透射光谱的自由谱宽和干涉峰的半宽值 ,计算出膜系反射率 ,避免了光源波动对测量结果的影响。在实验中所用膜系的反射率小于 98%时 ,测量偏差小于 0 .0 0 4 %。

外差干涉仪中金属反射镜对测量精度的影响

根据金属反射理论 ,偏振光经金属反射镜反射后会变成椭圆偏振光。本文研究了共光路干涉仪中偏振方向相互垂直的线偏振光通过金属反射镜后引起的椭圆偏振光的不正交性和偏心度 ,并研究了此偏振光经渥拉斯顿棱镜后引起的频率混叠误差的机理和变化规律。经矢量分析得到 ,该误差是一阶非线性误差 ,呈正弦规律变化 ,误差的最大值随安装方位误差的增大而增大。本文给出了具体的计算实例和误差补偿措施 ,对实现外差干涉仪的高精度测量是极为重要的。

扫描法布里—珀罗干涉仪测量金属薄膜反射系数的实验原理

介绍了利用扫描法布里—珀罗干涉仪，对金属薄膜反射系数进行准定量测量的实验原理；并对几种已知的反射系数Ｒ进行了实验验证；最后对此方法进行几点讨论。

干涉法测量多层透明膜系反射率

应用干涉法实现透明膜系反射率的测量。将待测膜系镀在两薄玻璃片,并构成F-P干涉仪,根据透射光谱的自由谱宽和干涉峰的半宽值,计算出膜系反射率,避免了光源波动对测量结果的影响。在实验所用膜系的反射率小于98％时,测量误差小于O.09％。

透镜-反射镜式测量镜对干涉微位移测量的影响

采用基于透镜-反射镜式逆反射光路的干涉仪进行微位移测量时,被测位移会引起测量光束的波面变化。本文对这种波面变化和其对位移测量结果的影响进行了分析,推导出了波面变化引起的位移测量误差与透镜的焦距/有效孔径之比和位移的近似关系。对合理使用基于透镜-反射镜的逆反射方法,发挥其在干涉微位移测量中的优势,避免其不足,具有指导作用。

镜面反射式激光跟踪干涉测长的测量方法研究

为了解决镜面反射式激光跟踪干涉测长方法在不同尺寸长度标准溯源中缺乏有效的误差分析,测量效率低等问题,文中研究了平面镜调节分辨率、平面度引入的长度测量误差,并给出了针对不同长度的平面镜角度调节允许范围。建立了镜面反射式激光跟踪干涉测长模型,分析了该模型的测量不确定度来源,模拟仿真了平面镜角度调节的影响,并进行了坐标测量机长度测量比对实验和平面镜角度调节实验。实验表明:长度测量比对的E;验证结果小于1,证明了长度测量不确定度的准确性。通过针对不同长度的平面镜角度调节实验,得到了测量不确定度为3μm (长度1 m)和3.7μm (长度2.5 m)的测量结果;同时,测量效率提高了56%,验证了此方法的准确性、高效性。文中方法实现了长度的高精度测量与测量不确定度分析。

复杂环境下GNSS海洋反射信号模型与仿真研究

近年来随着全球导航卫星系统(GNSS)技术的发展,利用GNSS反射信号探测地表参数的GNSS反射测量(GNSS-R)技术已经成为遥感领域的一个新方法。目前,GNSS-R技术已经广泛应用在海风反演及海冰探测、测高、土壤湿度反演及海面溢油探测等遥感领域。随着星载任务的大量开展,如UK TDS-1、CYGNSS等计划的执行,GNSS-R技术进入了一个高速发展时期。而在GNSS-R技术中,对GNSS-R信号进行仿真模拟可以为GNSS-R技术的研究降低成本并提供数据。特别是对于未来的星载探测,仿真分析能够为其发射前期的测试校对、指标分析和系统设计优化等工作提供支撑和保障。因此,研究有效的GNSS反射信号模型及快速仿真技术不仅是当前科研需求,也是未来发展的工程需求。论文主要开展复杂环境下GNSS海洋反射信号模型与仿真相关研究,主要包括以下5个方面。

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。

星载雷达干涉测量中角反射器的设计和安装

介绍利用基于欧空局ENVISAT ASAR卫星观测数据的雷达差分干涉测量(D-InSAR)和永久散射体干涉数据处理技术(PS)进行地面沉降活动监测时,如何简便地进行角反射器的设计和安装,来增强卫星反射信号的强度和获得较稳定的永久散射体,以便获得长时序、高相干性的卫星数据,从而实现对地面有效监测的目的。着重从角反射器的设计和安装原理、技术思路、作业步骤和过程、数据效果等方面阐述如何在星载雷达干涉测量技术中设计角反射器。为研究有关角反射器的设计提供一种思路。

基于GNSS双天线测姿的水位监测方法

水位监测是雨水情监测预报“第三道防线”中的重要内容,精确、实时的水位监测在洪涝灾害防御中至关重要。水位计是最常见的水位测量工具,其能有效测量特定区域的相对水位信息,但往往存在成本较高、空间分辨率较低等问题。由于全球导航卫星系统反射测量(Global Navigation Satellite System-Reflectometry,GNSS-R)技术具有低成本、高时空分辨率的优势,因此提出了一种基于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)双天线测姿的实时水位监测新方法。该方法通过双差观测组合,消除了卫星钟差、接收机钟差、电离层延迟、对流层延迟等误差。为了验证该方法的稳定性和可靠性,在北京市东沙河站开展现场试验。2023年6月5日至7月10日的实验结果表明该方法可以实现1 Hz的水位监测,与现场水尺数据相比,均方根误差为2.88 cm。

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。

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。

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。

可测量任意反射面运动速度的全光纤激光位移干涉测试技术

冲击加载下的自由面速度或加窗界面粒子速度剖面测量是研究材料物态方程、本构关系、表面微质量喷射特性、材料动态损伤与破坏以及相变等问题的基本手段。目前采用的主要诊断工具是“可测量任意反射面的速度干涉仪”（VISAR，Velocity interferometer system for any reflector）。但传统VISAR体积大、成本昂贵、调试复杂，并且在测量高速（上千米每秒）时经常出现条纹丢失现象，因此这些不足限制了它在一些试验中的应用。

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 。