陸基多模多頻GNSS反射信號的地表雪深監(jiān)測研究

發(fā)布時(shí)間：2020-08-21 01:11

【摘要】：對于全球高緯度地區(qū)而言,積雪不僅作為一種關(guān)鍵的淡水存儲方式,也是全球氣候系統(tǒng)的重要組成部分。隨著GNSS反射理論(Global Navigation Satellites System Reflectometry,GNSS-R)的發(fā)展,利用多路徑效應(yīng)產(chǎn)生的信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)變化量監(jiān)測測站周圍地表環(huán)境參數(shù)(海面高度、土壤濕度、積雪深度等)的課題成為研究熱點(diǎn)之一。該技術(shù)可改善常規(guī)測量手段的成本高、時(shí)空分辨率低以及數(shù)據(jù)連續(xù)性差等缺陷。因此,基于多路徑的GNSS-R技術(shù)增強(qiáng)了對暴風(fēng)雪等惡劣天氣的預(yù)警能力,還可用于淡水資源儲量的高精密監(jiān)測。在國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上,本文從多路徑與信噪比數(shù)據(jù)的相關(guān)性出發(fā),分析了GNSS反射信號的基本特征,闡述了GNSS-R技術(shù)的理論。結(jié)合實(shí)際觀測數(shù)據(jù),從多個(gè)角度對GNSS-R探測雪深的可行性與精度進(jìn)行了一系列基礎(chǔ)性研究;同時(shí),提出了多模多頻GNSS-R聯(lián)合反演模型等創(chuàng)新性研究。本文的研究內(nèi)容及結(jié)論如下:1、從衛(wèi)星數(shù)量、載波、信號頻率等方面,介紹了陸基GNSS-R遙感技術(shù)的不同類型的SNR信號源;闡述了多路徑與SNR觀測量的概念與模型構(gòu)建,分析了多路徑與SNR之間的相關(guān)性,結(jié)果顯示:在低衛(wèi)星高度角下,受到多路徑效應(yīng)影響的SNR數(shù)據(jù)蘊(yùn)含了豐富的地表環(huán)境特征信息。2、首先給出了GNSS反射信號的概述及其相干極化特性。根據(jù)接收機(jī)周圍環(huán)境、信號反射機(jī)制以及菲涅爾反射區(qū)的特征,可實(shí)現(xiàn)對原始SNR數(shù)據(jù)的篩選;同時(shí)信號反射點(diǎn)軌跡一方面可獲取監(jiān)測雪深的方位角范圍,另一方面能用于選取有效衛(wèi)星。結(jié)果表明了該數(shù)據(jù)篩選法可最大化地保留所需的反射信號。3、研究了基于信噪比觀測值的GNSS-R技術(shù)監(jiān)測雪深的數(shù)學(xué)模型,并對提取有效的反射信號弧段進(jìn)行了全面討論,最后判斷了LSP(Lomb-Scargle periodogram)譜分析結(jié)果的有效性。此外,從GNSS系統(tǒng)的單顆衛(wèi)星、多顆衛(wèi)星以及長時(shí)間序列這3方面逐層深入研究,驗(yàn)證了GNSS-R雪深探測算法的可行性并分析了各衛(wèi)星系統(tǒng)的反演精度,結(jié)果表明反演序列與實(shí)測數(shù)據(jù)的符合度良好。4、現(xiàn)有的地表雪深測量技術(shù)仍受限于空間分辨率不足的問題,因此提出一種聯(lián)合GNSS多頻衛(wèi)星SNR觀測量的GNSS-R模型用于地表雪深監(jiān)測。該模型運(yùn)用了聚類思想,其通過聯(lián)合不同類型的SNR數(shù)據(jù)提升數(shù)量,以便能獲取更多有效反射信號,研究結(jié)果顯示反演結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)的偏差保持在±5 cm左右。
【學(xué)位授予單位】：桂林理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P228.4;P412
【圖文】：