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考虑潮波特性的GNSS-IR潮位反演方法

测绘学报 2024年第3期53卷 482-492页

作者：王笑蕾南阳何秀凤宋敏峰河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100 天津大学海洋科学与技术学院天津300072

潮位监测对于保障沿海安全、海洋监测与分析非常重要。随着GNSS的发展,一种GNSS干涉遥感(GNSS-IR)的技术被证明可以进行潮位监测。该方法通过反演反射表面与天线之间的垂直距离(RH)来估算潮位。在GNSS-IR潮位反演中,有一项重要的误差源... 详细信息

潮位监测对于保障沿海安全、海洋监测与分析非常重要。随着GNSS的发展,一种GNSS干涉遥感(GNSS-IR)的技术被证明可以进行潮位监测。该方法通过反演反射表面与天线之间的垂直距离(RH)来估算潮位。在GNSS-IR潮位反演中,有一项重要的误差源需要进行改正——潮位起伏引起的高度变化误差。现有的误差改正方法并不能正确计算RH变化速率,从而不能完全改正该误差。因此,提出了一种顾及潮波特性的GNSS-IR融合方法,基于潮波系数,预测窗口内观测时间的RH变化速率,将该值纳入GNSS-IR融合方程中,实现对高度变化误差更好地改正。本文利用3个国际GNSS站点进行试验,与实测潮位序列对比分析,发现顾及潮波特性后,GNSS-IR融合方法精度提高约1.2 cm;提出的顾及潮波特性的GNSS-IR融合反演算法较传统经典方法,精度提升20%~70%。结果表明,该方法通过潮汐分析,预测不同时刻的RH变化速率,从而实现对窗口内RH变化速率的修正,更好地改正高度变化误差。

关键词： GNSS-IR 潮位高度变化误差潮波特性 GNSS-IR融合反演算法

利用IGGIII模型的多模多频GNSS-MR潮位反演

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遥感学报 2024年第2期28卷 426-436页

作者：陈殊何秀凤王笑蕾宋敏峰河海大学地球科学与工程学院南京211100

潮位是保证沿海安全、监测海洋气候、维持高程基准的重要参数。近年来基于地基Global Navigation Satellite Systems (GNSS)反射信号的遥感方法被证实可以用于潮位监测。相较于传统的潮位测量方法,GNSSmultipath reflectometry (GNSS-MR... 详细信息

潮位是保证沿海安全、监测海洋气候、维持高程基准的重要参数。近年来基于地基Global Navigation Satellite Systems (GNSS)反射信号的遥感方法被证实可以用于潮位监测。相较于传统的潮位测量方法,GNSSmultipath reflectometry (GNSS-MR)技术有成本低、连续跟踪、全天候等优势;但是目前技术的精度不高、时间分辨率较低。通过获取更多GNSS卫星系统的观测数据可以提高潮位监测结果的时间分辨率,本文利用GPS、GLONASS、Galileo和BeiDou的观测数据,采用基于IGGIII模型的稳健回归方法对四系统的潮位反演数据进行融合研究。测站选取BRST站和HKQT站,这两个测站均可接收四系统数据;实验结果表明,利用多模多频GNSSMR进行潮位反演,二个测站的反演精度分别优于13 cm和8 cm,相比于单系统单频精度有40%—70%的提升,而且能够大大提高时间分辨率。

关键词：遥感 GNSS-MR 潮位反演多模多频稳健回归 IGGIII

GPS L2P(Y)信号在GNSS-IR技术中的特殊误差源及改正方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 122-130页

作者：王笑蕾杨泽艺何秀凤宋敏峰河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100

全球导航卫星系统干涉反射测量(global navigation satellite system interferometric reflectometry,GNSS-IR)技术只基于传统测量型接收机便可完成对站点周围环境的遥感,具有成本低、自动化程度高、全天候、连续监测、框架固定等优势... 详细信息

全球导航卫星系统干涉反射测量(global navigation satellite system interferometric reflectometry,GNSS-IR)技术只基于传统测量型接收机便可完成对站点周围环境的遥感,具有成本低、自动化程度高、全天候、连续监测、框架固定等优势。然而,其中的全球定位系统(global positioning system,GPS)L2P信号表现出一类特殊的GNSS-IR误差,在对信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)的频谱分析中存在“双峰”现象,从而导致GNSS-IR反演误差。目前,对于该误差源的成因认识不清晰,也没有相应的改正策略,使得GPS L2P信号应用受限。因此,对GPS L2P信号“双峰”误差的成因进行分析,并提出了对应的改正策略。首先,选择位于海洋或水库边的4个站点,利用不同的跟踪方式捕获了站点的L2P信号;然后,根据不同L2P跟踪方式的SNR数据的频谱表现,分析了不同跟踪方式下的“双峰”误差对水位/潮位反演结果的影响;最后,提出了一种“双峰”误差改正策略并进行了相应的误差改正实验。结果表明,所提误差改正策略可以较好地改正L2P“双峰”误差,增加GPS L2P信号的GNSS-IR水位/潮位反演可用性。

关键词： GNSS干涉反射测量技术 “双峰”误差 GPS L2P(Y)信号水位/潮位反演

星载GNSS-R镜面点及空间路径初始化新方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 131-138页

作者：宋敏峰何秀凤王笑蕾李伟强河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100 天津大学海洋科学与技术学院天津300073

利用全球导航卫星系统反射(global navigation satellite system-reflectometry,GNSS-R)信号进行对地观测存在镜面点及空间路径初始化误差大的问题,由此提出了一种高效的星载多模GNSS-R镜面点及空间几何路径计算初始化新方法。基于大量... 详细信息

利用全球导航卫星系统反射(global navigation satellite system-reflectometry,GNSS-R)信号进行对地观测存在镜面点及空间路径初始化误差大的问题,由此提出了一种高效的星载多模GNSS-R镜面点及空间几何路径计算初始化新方法。基于大量仿真的星载GNSS-R反射事件,采用多项式对固定轨道条件下反射事件地心角和真实镜面点在直射信号路径上投影点至两颗卫星的距离比值进行建模,进一步拟合该模型系数与不同GNSS卫星轨道高度的变化趋势,得到参数系数随GNSS轨道高度的变化模型,从而建立新初始化方法。基于多系统多轨道的GNSS-R仿真数据实验表明,所提方法的初始化精度相对于已有方法从数百甚至1000 km提高至5 km左右;同时对比实验也表明,该模型可使得主流的迭代方法计算效率在掠射观测时提高79.1%。

关键词：星载GNSS-R 初始化方法镜面点空间路径

顾及残余信噪比差异的地基GNSS反射干涉信号冰期探测法

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测绘学报 2024年

作者：宋敏峰何秀凤王笑蕾河海大学地球科学与工程学院

全球导航卫星系统干涉反射测量技术（Global Navigation Satellite Systems Interferometry Reflectometry， GNSS-IR），因其成本低，时空采样高等特点，在陆地、海洋表面参数探测方面展现出巨大的潜力。然而，GNSS-IR应用于冰期探测... 详细信息

全球导航卫星系统干涉反射测量技术（Global Navigation Satellite Systems Interferometry Reflectometry， GNSS-IR），因其成本低，时空采样高等特点，在陆地、海洋表面参数探测方面展现出巨大的潜力。然而，GNSS-IR应用于冰期探测的研究还少有提及，且已有方法受反射面特性以及导航信号差异性影响无法实现多系统和多频段有效探测。针对此，本文从反射信号建模、仿真分析和反射面介电常数、粗糙度方面深入探讨了反射信号在冰、水反射面场景下的差异，并提出了一种基于残余信噪比外包络线积分的功率因子参数进行冰期探测的新方法。试验选取了双王城水库大坝GNSS测站进行方法验证和对比。结果表明：残余信噪比的振幅和衰减变化受反射面介电常数、粗糙度、信号频率以及冰层厚度影响较大；基于振幅因子和衰减因子的冰期探测方法展现出明显的信号间差异性，且对结冰敏感性受粗糙度影响较大，单一因子无法实现全频段冰期探测；本文提出的功率因子参数在结冰前后，基于北斗卫星导航系统 (BeiDou Navigation Satellite System， BDS)和全球定位系统(Global Positioning System， GPS)全频段数据均呈现显著差异，证实了本文方法的有效性和高稳健性。本文研究也进一步提升了GNSS-IR技术对近地表监测的能力。

关键词： GNSS GNSS-IR 反射信号冰期探测信噪比双王城水库

多模多频GNSS-IR水位反演中的频间偏差分析及改正

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测绘学报 2022年第11期51卷 2328-2338页

作者：王笑蕾何秀凤宋敏峰陈殊牛紫瑾河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100

准确的水位监测对于水资源调控、水灾监控及气候气象研究十分重要。近年来,随着全球导航卫星系统的不断发展,一种GNSS干涉遥感水位反演技术被提出。目前,GNSS-IR水位反演中主要有3类误差:高度变化误差、高度角弯曲误差和对流层延迟误差... 详细信息

准确的水位监测对于水资源调控、水灾监控及气候气象研究十分重要。近年来,随着全球导航卫星系统的不断发展,一种GNSS干涉遥感水位反演技术被提出。目前,GNSS-IR水位反演中主要有3类误差:高度变化误差、高度角弯曲误差和对流层延迟误差,相关的改正方法也被陆续提出。本文研究了4个GNSS跟踪站(HKQT、SW50、SW51和SW52)的多模多频反演结果,发现除了已经发现的3类误差外,还存在一种明显的频间偏差。现有研究对于GNSS-IR频间偏差的研究很少,尚未达成将其归为GNSS-IR误差源的共识。为了进一步挖掘频间偏差的特性、加深对该误差的认识,本文计算了不同信号的有效高度(reflector height,RH),发现不同频率信号的RH反演值间存在差距;将该差距与波长进行对比分析,发现该差距与信号波长存在显著的线性关系(相关系数>95%)。该偏差量级在分米级,表现出了明显的频间偏差系统特性。针对发现的频间偏差及其相关特性,本文提出了相关的误差改正方法,结果表明:顾及频间偏差的改正结果比未顾及频间偏差的反演结果的均方根误差高1.5~12 cm。同时,改正后的融合反演值的精度较未改正的独立信号的反演值提高了30%~80%;精度的提高得益于多模多频信号提供的大量冗余数据以及对各类误差(包括系统误差、粗差和随机误差)的正确处理。

关键词： GNSS-IR 水位反演频间偏差误差改正

顾及地球曲率及椭球高的GNSS-R几何计算方法

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测绘学报 2023年第6期52卷 884-894页

作者：宋敏峰何秀凤王笑蕾肖儒雅贾东振李伟强河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100 天津大学海洋科学与技术学院天津300073

全球卫星导航系统反射测量(GNSS-R)技术中,观测几何计算不仅涉及GNSS反射信号的在轨实时处理,而且与观测值的地理位置计算直接相关,对其进行精确计算十分重要。当前GNSS-R技术逐步向陆地场景拓展,已有几何计算方法难以满足多场景(海洋... 详细信息

全球卫星导航系统反射测量(GNSS-R)技术中,观测几何计算不仅涉及GNSS反射信号的在轨实时处理,而且与观测值的地理位置计算直接相关,对其进行精确计算十分重要。当前GNSS-R技术逐步向陆地场景拓展,已有几何计算方法难以满足多场景(海洋、陆地、冰川等)应用的需求。针对此,本文提出了一种顾及地球曲率和椭球高的几何计算方法。该方法同时也集成了一种镜面点初始估计模型,在不同轨道高度(300~900 km)和观测几何条件下,初始估计误差精度可降低至5 km以内。本文方法可基于WGS-84椭球面和顾及反射面椭球高精确计算镜面反射点,精度可控在1 mm以内,计算效率相比已有方法有显著提升,可对未来考虑地形高度的高效计算需求提供借鉴。本文方法通过变换迭代方程可进行反射信号的几何路径计算,实现从反射信号延迟观测到镜面反射点和椭球高的一体解算。与已有方法相比,本文方法考虑了地球曲率及反射点随椭球高度变化的空间偏移误差,可避免测高应用中测量值定位不准确的问题。

关键词： GNSS-R 几何计算初始镜面反射点地球曲率椭球高

基于小波分析的多模多频GNSS-MR潮位反演

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大地测量与地球动力学 2022年第4期42卷 365-370页

作者：陈殊何秀凤王笑蕾宋敏峰河海大学地球科学与工程学院南京市211100

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,... 详细信息

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。

关键词：潮位监测多路径反射小波分析多模多频信噪比

利用卷曲机振动信号测量烟用醋纤丝束卷曲能的方法

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振动与冲击 2009年第6期28卷 188-190页

作者：许文菊杨宝如宋敏峰南通醋酸纤维有限公司南通226008

卷曲能是烟用醋纤丝束的重要质量指标。卷曲能的大小由卷曲机压板压力和对辊压力进行控制,经分析发现卷曲能的量级与压板的振动大小直接相关。介绍了一种采用电涡流传感器测量卷曲机压板的振动,从而经过建模和计算快速获得卷曲能的方法... 详细信息

卷曲能是烟用醋纤丝束的重要质量指标。卷曲能的大小由卷曲机压板压力和对辊压力进行控制,经分析发现卷曲能的量级与压板的振动大小直接相关。介绍了一种采用电涡流传感器测量卷曲机压板的振动,从而经过建模和计算快速获得卷曲能的方法,同时开发了一套卷曲机振动信号监测系统。监测系统和卷曲能快速测量方法经实际生产验证,结果表明测量所得的卷曲能数据比测试卷曲能数据更加稳定,而且能迅速反应卷曲机压板压力状态的变化。

关键词：卷曲能状态监测电涡流传感器