GNSS-IR技术用于积雪深度监测及软件设计

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积雪是水文循环中不可或缺的一环,也是全球重要的淡水资源储备。积雪参数精确测定对于雪灾监测,气候变化分析,农业生产等方面都具有十分重要的意义。随着GNSS的不断完善和应用领域的不断深化,GNSS除了具有导航定位、测速、授时等功能外,发现其反射信号也可以被接收和运用,通过接收并处理与反射面相关的GNSS干涉信号,实现对反射面物理特性提取的技术,成为一种新型的遥感手段,即GNSS干涉反射(GNSS Interferometric Reflectometry,GNSS-IR)。GNSS-IR技术具备成本低廉、时空分辨率高、多信号源的优势,在积雪深度监测方面发挥了巨大的作用。首先,本文阐述了基于信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)和载波相位的GNSS-IR技术用于积雪深度监测的基本原理和方法,并通过实测GNSS数据进行了积雪深度估计精度分析;然后,对于利用普适型GNSS接收机进行地表环境监测的有效性进行了验证;最后,实现了基于GNSS-IR技术的积雪深度监测软件,以期更快更好地推动GNSS-IR技术的应用。本文的主要研究内容和成果如下:1.详细介绍了基于SNR和载波相位观测值的GNSS-IR技术用于积雪深度监测的基本原理和详细流程。以PBO(Plate Boundary Observatory)和GEONET(GPS Earth Observation Network)网络的GNSS监测站为研究对象,验证了GNSS-IR技术在积雪深度监测中的有效性和可靠性。针对积雪深度监测中异常估计值的问题,利用神经网络进行质量控制,初步的实验结果表明能够有效地减弱环境干扰产生的影响。2.结合并址的普适型和大地测量型GNSS接收机,从观测数据质量、有效弧段数和反射高度估计的精度等多个方面对比分析了普适型GNSS接收机用于地表环境参数估计的性能,以期GNSS-IR技术能够更快地应用于实际。3.实现了MATLAB环境下基于GNSS-IR技术的积雪深度监测软件。软件提供了数据质量检查、反射点轨迹和菲涅尔区的绘制、干涉信号和谱分析的可视化展示,以及通过时间域和空间域来展示基于信噪比和载波相位观测值的雪深估计值。通过实测GNSS观测数据对软件可靠性进行了测试,结果表明GNSS-IR积雪深度监测软件能够全面地对GNSS观测数据进行处理,并得到稳健有效的结果。
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