利用多模多频GNSS-IR信号反演沿海台风风暴潮
发布时间：2022-02-09 15:53
台风风暴潮每年给沿海城市造成了极大的损失,近年来利用GNSS反射信号的地基遥感方法可以用于潮位监测,称为GNSS-IR（global navigation satellite system-interferometric reflectometry）,对风暴潮期间验潮站资料进行补充。由于风暴潮发生时间短且破坏性强,单系统GPS的时间分辨率难以满足海洋灾害的监测需求。本文基于中国香港站（HKQT）和巴哈马群岛站（BHMA）的多模多频GNSS卫星观测数据反演了3次沿海风暴潮事件。先对多模多频数据的质量进行分析,随后分别对2019年飓风"多里安"、2018年台风"山竹"和2017年台风"天鸽"引起的3次风暴潮,利用基于滑动窗口的最小二乘法对多模多频GNSS-IR反演结果进行改正并与验潮站实测值对比分析。试验结果表明,利用多模多频GNSS-IR反演"多里安"风暴潮的精度优于14 cm,反演"天鸽"和"山竹"风暴潮的精度优于9 cm。相比GPS单系统,多模多频GNSS-IR能够提高监测的精度和时间分辨率,有效提取风暴潮中异常潮位的涨潮、峰值和落潮的全过程,对海洋灾害的研究监测发挥重要作用。
【文章来源】：测绘学报. 2020,49(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
站点周围环境
以HKQT站点为例,天空布满GPS、GLONASS、Galileo和BDS星座,为GNSS-IR监测潮位提供大量的可用卫星弧段数据。图2(a)为2017年年积日232天四系统的卫星轨迹分布图。可以看出HKQT站点上空的GPS、GLONASS和Galileo卫星弧段分布较多,BDS相对较少,不同卫星弧段数影响着反演值的时间分辨率。为了避免接收来自陆地的反射信号,对卫星高度角和方位角限制后,各卫星系统的海面信号反射区域如图2(b)所示。卫星信号的反射区域大小受卫星高度角、方位角和天线至海面的垂直反射距离决定,以高度角4°～9°、方位角-60°～105°、垂直反射距离6 m分别绘制了GPS、GLONASS、Galileo和BDS信号的第一菲涅尔反射区情况[6,26],距离站点由远及近的反射区分别对应高度角4°、6°和9°。受卫星弧段影响GPS、GLONASS和Galileo的信号反射区域大而密集,BDS小而稀疏,同时由图2(a)可知四系统星座在方位角-30°～30°之间无卫星轨迹,这也导致了图2(b)中黄色箭头区域内缺少信号反射点。四系统合并后的信号感知范围明显优于单系统,因此多模GNSS能够提供更多的数据源和更广阔的海面感知区域,有利于提高潮位监测的时间分辨率。
图5为BHMA站的GNSS-IR反演结果,黑色曲线表示验潮站实测值,灰色曲线表示天文潮潮位值,蓝色曲线表示站点区域的风速变化情况,蓝色圆点为GPS和GLONASS未作误差改正的反演结果,红色圆点为利用潮汐调和分析法改正后的反演结果。可知随着“多里安”的逼近当地风力在不断加强,风暴潮也随之而来,GPS与GLONASS的反演结果与验潮站数据较为一致,在风暴潮期间也能够反映潮位的突变情况。然而从监测效果来看,冗余反演值堆积,部分时间无反演结果,风暴潮中潮位突变部分与天文潮差异较大,经过潮汐调和分析法改正后的精度也仅从20.28 cm提高为19.07 cm,精度提高了5.97%。此时利用基于滑动窗口的最小二乘法对反演值进行改正后,结果见图6。图4 GNSS LSP分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球导航卫星系统反射测量（GNSS+R）最新进展与应用前景[J]. 金双根,张勤耘,钱晓东. 测绘学报. 2017(10)
[2]中国海洋卫星及应用进展[J]. 蒋兴伟,林明森,张有广. 遥感学报. 2016(05)
[3]两种精化的对流层延迟改正模型[J]. 姚宜斌,张豹,严凤,许超钤. 地球物理学报. 2015(05)
本文编号：3617276
【文章来源】：测绘学报. 2020,49(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
站点周围环境
以HKQT站点为例,天空布满GPS、GLONASS、Galileo和BDS星座,为GNSS-IR监测潮位提供大量的可用卫星弧段数据。图2(a)为2017年年积日232天四系统的卫星轨迹分布图。可以看出HKQT站点上空的GPS、GLONASS和Galileo卫星弧段分布较多,BDS相对较少,不同卫星弧段数影响着反演值的时间分辨率。为了避免接收来自陆地的反射信号,对卫星高度角和方位角限制后,各卫星系统的海面信号反射区域如图2(b)所示。卫星信号的反射区域大小受卫星高度角、方位角和天线至海面的垂直反射距离决定,以高度角4°～9°、方位角-60°～105°、垂直反射距离6 m分别绘制了GPS、GLONASS、Galileo和BDS信号的第一菲涅尔反射区情况[6,26],距离站点由远及近的反射区分别对应高度角4°、6°和9°。受卫星弧段影响GPS、GLONASS和Galileo的信号反射区域大而密集,BDS小而稀疏,同时由图2(a)可知四系统星座在方位角-30°～30°之间无卫星轨迹,这也导致了图2(b)中黄色箭头区域内缺少信号反射点。四系统合并后的信号感知范围明显优于单系统,因此多模GNSS能够提供更多的数据源和更广阔的海面感知区域,有利于提高潮位监测的时间分辨率。
图5为BHMA站的GNSS-IR反演结果,黑色曲线表示验潮站实测值,灰色曲线表示天文潮潮位值,蓝色曲线表示站点区域的风速变化情况,蓝色圆点为GPS和GLONASS未作误差改正的反演结果,红色圆点为利用潮汐调和分析法改正后的反演结果。可知随着“多里安”的逼近当地风力在不断加强,风暴潮也随之而来,GPS与GLONASS的反演结果与验潮站数据较为一致,在风暴潮期间也能够反映潮位的突变情况。然而从监测效果来看,冗余反演值堆积,部分时间无反演结果,风暴潮中潮位突变部分与天文潮差异较大,经过潮汐调和分析法改正后的精度也仅从20.28 cm提高为19.07 cm,精度提高了5.97%。此时利用基于滑动窗口的最小二乘法对反演值进行改正后,结果见图6。图4 GNSS LSP分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球导航卫星系统反射测量（GNSS+R）最新进展与应用前景[J]. 金双根,张勤耘,钱晓东. 测绘学报. 2017(10)
[2]中国海洋卫星及应用进展[J]. 蒋兴伟,林明森,张有广. 遥感学报. 2016(05)
[3]两种精化的对流层延迟改正模型[J]. 姚宜斌,张豹,严凤,许超钤. 地球物理学报. 2015(05)
本文编号：3617276
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/3617276.html
