基于GPS信噪比反演海平面高度研究

对反演所需数据的选择方法进行了研究,利用L-S谱分析方法结合GPS L2波段观测值和验潮站验潮数据对海平面高度进行反演并评定其精度。结果表明:依据站点观测环境、接收机观测卫星的天空视图以及有效反射区域反算的卫星高度角可以较好地对反演所需的数据进行选择;海平面高度反演结果与验潮仪验潮数据有较强相关性:受海面波浪急剧变化的影响,海面高度的反演精度只能达到米级、分米级。     

利用SG平滑滤波优化GNSS-R潮位反演

利用全球导航卫星系统反射(GNSS-R)信号进行潮位反演时,需要对多路径频率进行估计.常规反演方法仅对主频率估计,因此存在数据利用率低、反演结果时间分辨率不足的问题.为解决该问题,本文利用Savitzky-Golay(SG)平滑滤波优化GNSS-R潮位反演.首先,利用Lomb-Scargle周期图(LSP)法提取信号功率的前4个频率f₁~f₄,并反演它们对应的潮位值;然后,利用SG平滑滤波方法提取最佳反演结果;最后,以法国BRST站和MAYG站30 d的数据验证算法的有效性.通过与LSP法和窗口LSP(WINLSP)法进行对比,结果表明:相比LSP法,滤波后BRST站和MAYG站的日均反演值数量分别提升34.3%和19.6%,反演值的最大时间间隔分别减少43.2%和29.4%,RMSE值变化不大;相比WINLSP法,滤波后BRST站和MAYG站的日均反演值数量分别提升24.2%和45.9%,反演值最大时间间隔分别减少25.4%和28.6%,RMSE值均减少了7 cm.总体而言,该方法能够在保证精度的前提下提高反演结果的数量,同时提高了数据的利用率和潮位反演的时间分辨率.     

GNSS-R海洋遥感原始数据采集系统研究与实现

利用全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)实现海面风场探测,是一种新型的微波遥感技术.获得表征海面粗糙度等信息的原始数据是实现导航卫星反射信号对海面风场探测的关键技术之一,对导航卫星反射信号软件接收机的研究,其原始数据获取更为重要.该文在分析GPS海面风场探测前向散射机理基础上,结合GPS直射信号接收理论,设计完成了基于FPGA实现的双射频前端海洋遥感原始数据采集系统;阐述了系统组成原理及关键模块设计过程,给出了机载试验及试验数据分析结果;得到卫星直射信号和对应反射信号镜面反射点路径延迟的试验结果与理论计算值基本一致,误差为0.28%.能正确表征镜面反射点等海面粗糙度信息,试验结果符合海洋遥感参数反演的精度要求.     

GPS-MR 海平面高度反演的多因素影响分析

为了探究GPS 卫星频段、高度角范围、海平面风速和潮位差等因素对GPS-MR 海平面高度反演的影响, 利用美国大陆板块边界观测计划(PBO)的GPS 观测数据进行实验, 并与美国海洋和大气局(NOAA)提供的验潮站数据进行验证。结果表明, 对于该GPS 测站, 选择5° ~15°的高度角区间、信噪比较高的L1频段时反演精度最优, 均方误差为0. 14 m, 相关系数为0. 96; 合适的高度角区间(5°~10°)能有效增加反演个数, 且该方法受风速和潮位差影响较小。因而, GPS-MR 海平面高度反演方法可以作为海平面高度监测的有效补充。     

基于岸基GNSS近海实时潮位测量技术研究

随着科学技术的发展,多种新型自动化的验潮设备不断涌现,改变了以往以水尺测量为主的传统验潮技术,向自动化趋势发展.基于CORS实时差分定位技术,研究岸基GNSS的实时潮位测量技术,利用实时潮位测量系统模型,进行潮位测量实验.实验结果表明,基于岸基GNSS验潮的数据与实际验潮站数据基本吻合,精度平均误差都在10cm以内,精度达到《海道测量规范》中对潮位观测的要求.     

基于ＢＤＳ－ＭＲ的海平面测高技术

利用ＭＡＹＧ站ＢＤＳ和ＧＰＳ的Ｌ１载波高度角小于２０°的ＳＮＲ数据对海平面高度进行反演,并与验潮站实测海平面高度作对比分析,得到在２０１６年年积日第１９６天的ＢＤＳ反演结果与验潮站实测海平面高度的ＭＡＥ优于８ｃｍ;ＢＤＳ在２０１６年第１９１～１９６天的反演结果的ＲＭＳＥ为０.３５７;ＢＤＳ、ＧＰＳ联合反演结果与验潮站实测海平面高度ＲＭＳＥ达到０.２８６,相关系数优于０.８５６,ＢＤＳ能较好实现实时、连续监测海平面高度的变化,ＢＤＳ与ＧＰＳ联合监测海平面高度提升了监测分辨率和精度,ＢＤＳ－ＭＲ进一步拓展了ＧＮＳＳ在海洋遥感领域监测的能力。     

两种海浪谱GNSS-R海面风场反演模型对比验证

以风场信号仿真为出发点,分别利用Elfouhaily谱和Apel谱,结合GNSS-R电磁散射模型,进行海面风场反演,定量分析两种模型的组合方式,以及散射信号功率波形随接收机高度、卫星仰角和风场的变化规律。相关仿真结果与实测数据匹配良好。分析发现Elfouhaily谱更适合于风场反演,而分析方法可用于现场实测数据处理,以提高反演精度。     

浙江沿海登陆台风风暴潮特性分析

为了研究典型登陆路径台风影响下整个浙江沿海岸段的台风暴潮特性,基于ECOMSED模型,模拟分析不同登陆点的6次台风影响下浙江沿海风暴潮位过程.结果表明,经多个验潮站实测资料验证模拟潮位值与实测潮位值符合良好,高潮位模拟的平均绝对误差为23 cm;登陆点右侧且靠近登陆点的岸段,增水形态以标准型为主,距离登陆点右侧较远以及其左侧的岸段,增水形态多呈波动型;在同一台风影响下,河口测站的最大增水值较岛屿站点的大;登陆路径右侧岸段的最大增水值是左侧的3倍且出现在最大风速半径附近;岛屿的迎风面最大增水值是背风面的3倍.     

基于GPS反射信号测量的海洋测高方法研究

首先介绍了利用GPS反射信号测高的基本原理;然后给出了利用GPS接收机接收直射信号和反射信号进行相关处理获取海面高度信息的基本关系,在相关函数峰值检测和跟踪中采用相关函数的微分(derivativeofthecorrelationfunction,DCF)峰值检测方法,大大提高了测量精度;最后分析了该方法实际应用需解决的主要问题,得出了基本的结论。     

基于潮位预测的潮汐校正技术的应用

潮汐现象是海上地震勘探中影响地震资料成像精度的重要因素,获取准确的潮位数据是实现精确的潮汐校正处理的关键。目前应用的潮汐校正技术有很多种,但大都存在一定的缺陷,或精度不够,或数值跳变大,不稳定,在实际应用过程中发现较多问题。本文通过利用历年来实测的基本验潮站资料、临时验潮站资料和潮汐调和常数,编制潮位预测软件,获得较高精度的预测潮位数据并将其应用于地震资料处理中的静校正模块,实现了地震资料的潮汐校正。算例结果表明该方法能够准确地预测渤海、南海任意地点、任意时间的潮位数据,将预测潮位数据应用于地震勘探数据的潮汐校正处理,能够取得良好的校正效果。     

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.     

区域大气水汽转换系数的一种新算法

为了提高大气可降水量反演的精度, 通过分析广西4 个探空站2015-2018 年探空资料, 建立了直接反映年周期、 半年周期、 高程改正和纬度改正的广西地区大气水汽转换系数的计算模型, 并与广西高程模型、 中国低纬度模型进行了比较。 结果表明: 新方法的内、 外符合精度以及大气可降水量反演精度相对于其他两种模型有比较明显的提升, 4 个站点的内符合精度平均绝对误差在0. 001 3~0. 001 8, 均方根误差在0. 001 6~0. 002 2; 外符合精度平均绝对误差为0. 001 7, 均方根误差为0. 002 1; 大气可降水量反演精度误差最大值为0. 22 mm(相对误差1. 5%), 中误差为0. 126 mm(相对误差0. 92%), 比低纬度模型、广西高程模型精度有一定的提高。     

复杂环境下结合EMD的GPS-IR水位反演方法

利用法国布雷斯特(Brest)港BRST测站和英国塞文大桥监测系统GNSS双频观测数据,分别在静态和高动态环境下进行GPS-IR水位反演,探究传统GNSS监测系统进行水位反演的可行性与精度.结果表明:L1波段反演精度高于L2波段;在静态场景下,GPS-IR水位反演结果与验潮站数据相关系数大于0.98,在高动态场景下,桥梁GPS-IR水位反演精度稍低.利用经验模态分解(EMD)方法对算法进行改进,提高了在桥梁复杂环境下GPS-IR水位反演结果的精度,均方根误差(RMSE)相比经典方法降低约50%.本文方法提高了GPS-IR技术在不同水域环境下的适用性,在水位监测中具有很好的应用前景.     

格尔木地区总辐射、反射辐射的变化特征

格尔木辐射站是青海省唯一的太阳辐射观测一级站,地处柴达木盆地,太阳总辐射及地表反射辐射均较强.1993—2011年19 a的观测结果表明：反射辐射时总量的变化规律与总辐射时总量同步,只是量值比较小,总辐射瞬时最大值为1 596 W/m2,反射辐射瞬时最大值为383 W/m2;总辐射日总量、反射辐射日总量的年变化曲线呈不规则的正弦波曲线变化过程,两者变化趋势完全一致;总辐射日总量、反射辐射日总量的年变化、年际变化与日照时数相同,说明日照时数是太阳总辐射、反射辐射的重要影响因素之一;总辐射日总量、反射辐射日总量均是夏季〉秋季〉春季〉冬季,反射比是冬季〉春季〉秋季〉夏季;反射比分布主要与太阳高度角的变化有关,反射比的大小取决于地面的性质和状态,地面被积雪覆盖时,各时及日反射比值明显大于晴天和土壤潮湿的时期.     

青藏高原地区水汽转换系数H模型反演GPS大气可降水量的适用性分析

利用青藏高原地区8个探空站2011—2015年的数据为研究对象,分析E模型与H模型在青藏高原地区的适用性。以IGS站提供的天顶总延迟ZTD、Saastamoinen模型计算的天顶干延迟ZHD求得LHAZ站的天顶湿延迟ZWD,验证H模型反演GPS大气可降水量的可行性;并对探空资料法ZWD模型进行改正,在获得较精确的ZWD情况下,进一步验证H模型反演GPS PWV的可行性。研究表明:H模型在青藏地区有较好的适用性;利用H模型计算LHAZ站2015年7月份PWV值,其偏差分布情况与积分法相似,与探空站提供的PWV吻合较好;改正的ZWD模型,其精度明显提高,在获得较精确的ZWD情况下,利用H模型反演PWV能达到较高的精度。     

基于GPS掩星观测的全球偶发E形态学研究

利用COSMIC和GRACE系统提供的2009年12月至2010年2月(南半球夏季)、2010年6月至8月(北半球夏季)的GPS掩星观测数据,通过分析电离E层高度范围内C/A码信噪比扰动情况,研究偶发E随地理位置、高度和地方时变化的月平均特征,研究结果表明,较强的信噪比扰动主要出现在距地面90～110 km高度范围;在南纬、北纬15°～45°,信噪比扰动有明显的半日变化;在南纬15°至北纬15°,信噪比扰动以周日变化为主.统计结果与已知的全球偶发E形态学特征较一致,说明利用GPS掩星观测技术可以有效地监测全球偶发E的形态学特征.     

基于遥感和GIS的海州湾海岸线提取方法研究

海岸线的时空演变分析对于岸线空间资源的开发利用有重要意义。从遥感影像上提取的瞬时水边线随卫星过境时的潮位变化而不同,一般不具有可比性,只有潮位相同时的水边线才适合用来比较和分析海岸线的时空变化。以海州湾为例,提出一种通过遥感影像水边线来间接推算具有特定潮高海岸线的方法。该方法先通过遥感图像处理技术来提取卫星过境时的瞬时水边线,再通过时间间隔较近的2期水边线及其潮高数据,运用 GIS的空间数据分析方法来推算国家高程基准面与陆地的交线。该线潮高固定,具有可比性,可用作海州湾海岸线时空变化分析的基础数据。     

典型多尺度海面结构体辐射散射方向－光谱特性计算与分析

针对3级以上海况的高精度海洋场景红外仿真问题,提出一种“先拆后建”的研究思路:将含泡沫和破碎波的多尺度海面抽象为粗糙海面、泡沫、破碎波的组合,进而拆解出“粗糙海面”、“含泡沫粗糙海面”、“含破碎波粗糙海面”3类典型多尺度海面结构体,最后通过海面栅格化、结构体匹配、方向-光谱特性重构渲染等方法,由3类典型多尺度结构体方向-光谱特性组合重构大范围海面辐射散射特性,完成多尺度海面“气-面-体”耦合辐射/散射特性的计算。对拆解出的3类典型多尺度海面结构体分别开展多尺度耦合辐射、散射特性建模研究,构建3类多尺度海面结构体辐射散射方向-光谱特性计算模型,并对结构体辐射散射方向-光谱特性的影响因素进行分析,结果表明:随着海面风速的增大,海面典型结构体中的泡沫厚度及气泡浓度逐渐增大,使得结构体的散射能力增强,从而增大结构体的双向反射分布函数;随着探测波长的增大,海水的吸收性显著增强,导致不同风速条件下结构体双向反射分布函数之间的差异显著增大;对于不同的入射角,结构体双向反射分布函数最大值对应的天顶角随入射天顶角的变化逐渐发生变化。     

杭州湾悬浮泥沙浓度垂向分布规律分析与模拟

从遥感监测应用的角度考虑,针对杭州湾的复杂水动力特点,把影响泥沙再悬浮的水流紊动扩散机理概化为宏观上容易表达的潮动力因素,在分析垂向各层悬浮泥沙浓度（SSC）相关性的基础上,选取水体近表层（0.2H）处SSC和水深、流速、潮情、潮时作为模型输入因子,垂向平均SSC作为模型输出因子,运用Levenberg Marguardt优化算法对输入因子进行优化,建立了反向传播（BP）神经网络模型,对杭州湾澉浦断面的SSC垂向分布规律进行了模拟.结果表明,潮动力变化对水体各层SSC影响显著,各层SSC与平均SSC均出现对应的涨落波动规律;在不同潮情下SSC垂向分布均表现出比较明显的相关性,相邻各层SSC相关性显著,其中表层SSC与垂向平均SSC相关系数均达到0.8以上;BP神经网络模型应用于SSC垂向分布规律预测的性能指数（PI）为0.04,分别低于两类线性模型的0.06和0.07,其预测性能高于线性模型.     

感潮地区暴雨和潮水位遭遇组合的涝灾风险

采用Copula函数建立感潮地区暴雨和外江(海)潮水位遭遇的联合分布,提出了设计组合下涝灾风险的分析方法,并定义和分析了暴雨和潮水位的联合风险率和同现风险率.通过研究中山市坦洲镇涝区的暴雨和潮水位的遭遇表明,AMH Copula函数能够较好地模拟暴雨与潮水位的联合分布;若设计暴雨为20年一遇,则与多年平均潮位或5年一遇潮位组合的排涝风险率分别不超过6.39%、9.58%;若设计暴雨为10年一遇,则与多年平均潮位或5年一遇潮位组合的排涝风险率分别不超过10.39%、7.04%;20年一遇暴雨、10年一遇暴雨分别与多年平均潮位或5年一遇潮位的同现风险率分别为0.086%、0.279%和0.173%、0.56%.