GNSS-R信号反演土壤水分研究分析

由于GNSS-R信号具有全天候、穿透性以及不受云的影响,且对土壤水分非常敏感等特性,使其在遥感研究全球变化中具有独特的优势。简要评述了利用GPS地面反射信号在土壤水分反演研究领域的进展,然后侧重分析介绍了GPS反射信号土壤水分反演原理,前向模型分析反演土壤水分的关键技术,并指出目前存在的问题和发展方向。     

基于GNSS-R的海面风速探测技术研究

该文利用数值仿真手段分析了全球导航卫星系统海面反射(GNSS-R)信号的时延相关功率曲线特征,讨论了风速、风向、GNSS卫星高度角、接收机平台高度和速度等因素对海面散射信号相关功率的影响,给出了GNSS-R海面风速的反演方法和技术流程,并进行了试验验证。结果表明,在中低风速条件(<20 m/s)下,GNSS-R测量的海面风速与实测风速的基本一致,说明 GNSS-R 探测海面风速的可行性以及该文给出的海面风速反演方法的正确性。当风速超过20 m/s时,由于受海浪谱模型的限制,其反演的结果明显低于实测风速。最后,根据试验结果,初步给出了GNSS-R测量海面风速的修正模型。     

GPS信号海面散射特性和初步实验结果

2006年9月至2007年3月,在福建厦门附近进行了为期半年的实验,观测和研究GPS海面反射信号特性.一天内至少有百分之九十六的时间可以同时接收到4颗卫星海面反射信号,最多时达到8颗.观测资料用于反演有效浪高、海面高度和潮汐等海洋参量.重点讨论海面散射特性,研究海面反射波与直达波的功率比值,以及它们随电波的入射角、海面等效浪高(SWH)等的依赖关系,为星载接收机设计提供科学数据.     

GNSS-R定位数据处理软件的设计与实现

随着GNSS-R技术的迅速发展和应用领域的增多,对GNSS-R的多卫星系统的研究显得尤为重要,目前GPS单系统得到了很好的应用,但是GPS单系统不能满足GNSS-R的应用领域,在此发展的趋势下本设计对GPS/BD双系统进行了探索.GNSS-R反演的应用需要导航定位信息提供探测区域接收平台和卫星的详细信息.主要设计完成了GPS/BD双系统定位数据处理软件,包括GPS/BD双系统定位信息的快速接收和数据的正确提取及显示;利用串口通信实现信息的接收及控制命令的发送;可见星星座图显示、状态监控窗口显示和卫星跟踪信息显示等功能;并根据定位数据进行镜面反射点的计算.经过实际工程项目的测试,本软件具有较好的实时性和实用性.     

机载GNSS海面回波信号的模拟

为了模拟较为真实的GNSS海面回波信号,除了GNSS海面反射信号外,海杂波信号也是必不可少的.海杂波的建模和仿真是回波信号模拟逼真度的决定因素.文章运用网格映像法划分海面杂波单元,并确定合适的幅度分布模型和功率谱模型,完成机载海杂波信号的建模.最后,进行了海面回波信号的模拟仿真,并与机载实验的实测数据进行了比较,结果表明仿真数据与实测数据的相关系数可优于0.9,从而验证了该方法的有效性和合理性.     

基于Bi-Mimics模型的GNSS-R农作物生物量监测理论研究

GNSS-R(GNSS-Reflectometry)遥感从机理上讲属于双站雷达,在一阶辐射传输方程Mimics(Michigan Microwave Canopy Scattering)模型的基础上,将其修改为双站散射模型Bi-Mimics(Bistatic\|Mimics);将模型中的树干层去掉,保留树冠层和地表间的散射机制,发展了适用于农作物的Bi-Mimics模型。利用该模型,模拟分析在GNSS-R工作的L波段农作物的散射特性;根据GNSS-R设置模拟分析了镜像散射系数与农作物生物量之间的关系;并根据双站雷达理论公式,模拟了农作物生物量与接收机信号之间的关系。结果表明GNSS-R从理论上用来研究和监测农作物的生物量存在可行性,但研究工作有待进一步深入。     

基于AIEM和实地观测数据对GNSS-R反演土壤水分的研究

介绍了用GPS反射信号反演土壤水分的原理及反演研究的进展,并用改进的积分方程模型(AIEM)和实地观测数据对利用GPS反射信号反演土壤水分的方法进行了分析,分析结果表明,由于单个频率的雷达信号受地表粗糙度、角度和地表类型(裸地和植被类型)的影响比较大,很难提出一个实用的通用物理算法.利用美国2002年土壤水分实验(SMEX02)实测数据对上述的反演算法进行了分析,分析结果表明,采用经验统计算法对单个站点观测比较实用,平均相关系数达到0 85以上.整个分析表明,利用GPS前向散射信号与噪声之比反演土壤水分在单个站点能够取得比较高的精度.     

基于CyGNSS数据的土壤水分与植被光学厚度反演研究

本文提出了一种仅基于CyGNSS数据,能够同时反演土壤水分与植被光学厚度的方案,该方案使用了神经网络与暴力穷举算法.首先考察了2018年以及2020年的数据,并对结果进行了验证.通过分析发现反演结果与参考数据展现了良好的一致性.土壤水分的反演结果与2018年和2020年的测试数据比较,其相关系数分别高达0.86和0.8...     

UK-DMC卫星接收机GNSS反射信号的应用分析

GNSS反射信号(GNSS-R)遥感技术作为一种新型的遥感手段已经逐步发展起来。UK-DMC卫星接收机接收到的GNSS反射信号数据,是目前较为完整的一套GNSS-R星载数据集。本文介绍了UK-DMC上卫星接收机用到的关键技术并对其接收到的原始数据进行了系统的分析。论文首先利用一维多普勒功率计算公式以及时延-多普勒公式获得对应的相关功率矩阵,然后通过对陆地、海面和冰面的反射信号数据处理,做出对应的波形。最后分析了3种不同反射面的相关功率波形,发现在不同反射面条件下,反射信号的相关功率呈现不同的规律。结果表明:低轨道卫星接收到的反射信号可以用于反演地球表面土壤湿度、冰面厚度、海面风场等物理参数信息,此次试验为GNSS-R星载实验的开展提供了一套较为穖和全面的支持。     

全球导航卫星系统反射信号几何关系数值分析

采用光学近似几何模型研究全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)的几何关系,对反射信号经不同路径传播所产生的等延迟区和等多普勒区进行了分析,对等延迟线和等多普勒线进行了数值推算和仿真。给出了几何模型中不同参量变化对等延迟区和等多普勒区影响的仿真结果。指出卫星高度角、接收机高度和速度是导致等延迟线和等多普勒线变化的主要因素。在此基础上,讨论了在遥感实际应用中等延迟区和等多普勒区的有效作用范围及提高时延多普勒分辨单元的方法。