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地基GNSS-IR风速反演原理及方法初探

2021-11-25王笑蕾何秀凤宋敏峰

测绘学报 2021年10期
关键词:风速信号

王笑蕾,何秀凤,陈 殊,张 勤,宋敏峰

1. 河海大学地球科学与工程学院,江苏 南京 211100; 2. 长安大学地质工程与测绘学院,陕西 西安 710054

随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite Systems,GNSS)的不断发展,过去被认为是误差源的多路径效应,已经被证实可以用来监测反射面物理参数,并逐步发展为GNSS反射遥感(GNSS reflectometry,GNSS-R)技术。其中的地基分支被称作GNSS干涉遥感(GNSS-interferometry reflectometry,GNSS-IR)技术[1]。目前,GNSS-IR已经被证实可以对水位[2-4]、雪深[5-9]、植被指数[10]、土壤湿度[11-13]、地表冻融[14]等相关参数进行反演。为了扩展地基GNSS技术的监测对象和应用范围,本文提出了一种基于GNSS-IR的风速反演方法。

利用反射信号进行风速探测在星载GNSS-R中已经实现,并有相关测风卫星播发[15]。星载GNSS-R测风的思路为:不同的风速会导致不同的海面粗糙度,进而导致反射信号的不同。依据反射信号的特征,就可以反推风速。这样的思路对于地基GNSS-IR同样适用,即利用反射信号特征推演粗糙度及风场信息。目前,关于GNSS-IR海面粗糙度反演及海面风场反演的研究较少。文献[16]利用信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)的衰减参数对海面有效波高进行反演。文献[17]利用信噪比的多径截止高度角参数,提出了一种GNSS-IR风向反演方法。然而,该方法对于站点要求较高,需要站点四面环海,接收到全方位角海域反射信号,才能够确定风向。相关研究表明:SNR衰减因子及多径截止高度角可以反映海面粗糙度及风场信息,而且多径截止高度角参数更为准确[16-17]。

因此,本文将利用多径截止高度角参数进行风速反演。而获取该参数的方法目前主要基于曲线拟合方法和经验阈值,两种方法对于SNR的质量要求较高[17]。……

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