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关键词： 卫星遥感   高寒山区   积雪提取   决策树分类   精度评价  

摘要： 青藏高原位于亚洲中部,是亚洲数十条大江大河的发源地,也被誉为“亚洲水塔”,因此青藏高原的水环境和气候变化对欧亚大陆上的数十个国家的生态环境都有着重大影响.如何高效获取青藏高原积雪覆被数据是目前相关领域研究的热点问题.本研究以归一化差异雪指数(Normalized Difference Snow Index,NDSI)为基础,针对高原湖泊结冰容易导致运用常规监督分类方法进行遥感影像积雪提取中分类误差较大的问题,构建了针对高寒山区积雪提取的决策树分类模型,并执行获取决策树分类成果.同时以ENVI遥感图像处理平台共提供的6种应用较为成熟的监督分类算法获取的分类成果为对照,并分别统计各分类方法提取成果的总体分类精度(Overall Accuracy)和Kappa系数两个精度验证指标.最后,通过综合分析得出这7种分类方法的综合分类精度,由高到低分别为:专家决策树>最大似然法>支持向量机>神经网络法>马氏距离法>最小距离法>平行六面体法.其中,本研究所构建的决策树分类结果的总体分类精度和Kappa系数分别达到了96.83%和0.96,远高于其他6种常规监督分类方法的精度,验证了该分类模型的精度.

关键词： 长短时记忆神经网络(LSTM)   二次多项式模型   QP-LSTM模型   multi-GNSS卫星钟差预报  

摘要： 针对卫星钟差预报中二次多项式模型存在易受噪声干扰、预报精度不高的问题,构建一种基于长短时记忆神经网络的multi-GNSS卫星钟差预报模型,并分析不同卫星系统、不同钟类型基于不同建模方案的模型精度。为验证该模型的有效性和可行性,利用LSTM模型、QP模型、QP-LSTM模型分别基于12 h和24 h钟差序列进行建模,预报1 h、3 h、6 h、12 h钟差。结果表明,LSTM模型建模24 h、预报1 h精度最高。multi-GNSS卫星钟差LSTM预报模型中Galileo系统精度最高,其次为BDS-2系统和GPS系统,GLONASS系统精度最低,精度分别为0.018 ns、0.069 ns、0.133 ns、0.242 ns。不同原子钟预报精度不同,氢原子钟预报精度优于铷原子钟、铯原子钟。LSTM神经网络模型预报精度相较于QP-LSTM模型提升27%,相较于QP模型提升36%。

关键词： 测地型GNSS接收机   扼流圈天线   峡谷地形   三维基线向量残差   点位中误差  

摘要： 某水库勘测设计阶段测图控制网采用四等GNSS三维控制网(精化高程),针对测区山大沟深,地形陡峻,属于典型的“V”型高山峡谷地形,可见卫星数量很少,且高度角大于30°,控制网测量时分别采用8套华测i90接收机和8套华测P5(配套HXCCGX601A扼流圈天线)接收机,对两种接收机的观测数据、基线精度、同步环闭合差、平差精度等方面进行对比分析,数据比较结果表明,带有扼流圈天线的分体型GNSS接收机在高山峡谷条件下观测效果强于标称精度相同的一体化GNSS接收机,建议在类似不利观测条件下应尽量选择带扼流圈天线的分体型GNSS接收机。

关键词： 地表形变   地壳构造运动   地质灾害预警   大地测量   地壳形变   参考基准   高空间分辨率   三维坐标系  

摘要： 随着现代大地测量技术的飞速发展,不同观测几何、不同时间、空间尺度等更高精度、更丰富的形变观测数据也随之增多,这极大地提高了地表形变的监测能力,从而为研究地壳构造运动和地壳物理特点提供数据支撑,为地质灾害预警预测提供了重要的手段。一般地,在大地测量领域,GNSS和InSAR技术在分析解译地表形变,认识地壳形变方面提供了重要的数据保障。虽然GNSS技术能提供高精度的形变观测,但是GNSS观测的空间分辨率低;故高空间分辨率的InSAR观测很好地弥补了这一缺陷。然而,InSAR观测只能得到一维视线向上地表的变化,无法反映三维坐标系下各方向的真实地表形变,从而易导致对地表形变信息产生误解,难以揭示复杂的形变特征。因此,论文以GNSS和InSAR观测提取三维地表形变为核心,创新性地开展了如何削弱插值误差影响,如何精确确定各类数据权比,以及如何统一各类数据之间的参考基准等研究工作,从而完善三维形变提取理论和方法,获取高精度的三维地表形变场。主要研究内容如下。

关键词： 组合导航   矩阵李群   卡尔曼滤波   世界坐标系  

摘要： 针对在地心地固(ECEF)坐标系下基于右不变误差的卡尔曼滤波在GNSS/SINS组合导航中,因位置矢量数值较大导致系统线性误差运动学矩阵和观测矩阵不稳定进而降低滤波器性能的问题,提出一种世界坐标系下的GNSS/SINS松组合导航矩阵李群滤波算法。首先在世界坐标系中构建导航状态和考虑地球自转的运动学方程。然后在世界坐标系下定义矩阵李群上的右不变误差,该误差在右群作用下保持不变,并重新推导和设计基于该误差的矩阵李群滤波算法,根据GNSS观测构建世界坐标系下的观测矩阵。实验结果表明,在低精度惯导场景中相对于ECEF坐标系下的传统扩展卡尔曼滤波,所提算法的北向、东向、地向位置误差均方根分别减小了82.6%、61.8%和10.6%,具有一定的实用价值。

关键词： 全球卫星导航系统   天顶总延迟   ERA5再分析资料   分段拟合函数   GNSS-ZTD修正  

摘要： 基于全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)的高精度定位技术是实现无人机自动巡检的基础条件。广东省地处南方沿海地区,大气水汽含量丰富,导致对流层天顶总延迟(zenith total delay, ZTD)在该地区短期变化剧烈;且常规ZTD经验模型在该区域精度较差,导致无人机自动巡检经常出现偏航等情况。对此基于广东电网自建地基增强系统,结合ERA5再分析资料和GNSS-ZTD解算结果,充分考虑ZTD在不同高程范围内的变化,通过分段函数对ERA5再分析资料进行拟合;并考虑年、半年和日周期变化的傅里叶级数来对分段拟合函数的系数进行时序分析,提出新区域ZTD格网模型;最后,使用96个广东电网GNSS站2023年1—3月的数据对所提出的模型进行验证,以其中31个站点作为基准站,以65个站点作为验证站进行模型验证。结果表明所提出的模型定位均方根误差为1.12 cm,远优于常规经验模型。

关键词： 水下声学导航网络   节点布局   射线声学   海底地形  

摘要： 为实现水下声学导航网络节点满足区域定位精度需求,同时满足节点布局数量及费效比最优,提出了一种水下声学导航网络节点最优布局方法。根据节点布局间距和定位误差关系,选定满足定位精度需求的最大节点布局间距,采用2D网格生成算法控制节点间距在最大间距,以实现导航网络节点的自动化最优布局。考虑海底地形遮挡声源情况,利用地形开角与临界开角和小开角临界值的对比,快速确定区域布局风险区并在2D网格生成算法中设置不可布局区域,进一步优化实际海底地形导航网络节点布局。通过某实际海域导航网络区域布局的仿真实验验证,所提方法可实现100 m定位误差的预期设计需求,并满足布局节点数量最优。

关键词： 单频观测值   周跳探测与修复   无几何组合   几何组合  

摘要： 随着低成本接收机的广泛使用,单频GNSS(global navigation satellite system)已成为主要应用场景之一。单站单频GNSS通常由于观测环境较为复杂,其周跳率往往较高。虽然传统的无几何(geometry-free,GF)组合可探测部分大周跳,但对小周跳不敏感;几何(geometry-based,GB)组合可有效解决该问题,但在多个周跳同时发生时,GB组合的探测成功率会大幅下降。因此,提出了一种将GF组合与GB组合相结合的周跳探测修复方法。首先利用GF组合将大周跳探测并剔除,然后采用GB周跳探测方法探测小周跳,并在选权迭代的过程中不断修复发生大周跳的观测值。实验结果表明,所提方法可有效提高多周跳发生时的探测修复率,在极端情况下与传统方法相比成功率可提高约50%。

关键词： 全球导航卫星系统干涉信号   线性极化   信号幅值比   土壤湿度   圆极化  

摘要： 利用全球导航卫星系统干涉信号(GNSS-IR)测量土壤湿度已成为热门的研究课题。搭载低成本线性极化天线的智能手机可以方便快捷采集干涉信号信噪比(SNR)。分别仿真垂直和水平线性极化天线采集的GNSS干涉信号,给出2种极化方式下干涉信号SNR波形和反射率随卫星高度角变化的结果。对于垂直极化分量,电磁波会在入射角65°~85°左右时发生全透射,导致干涉信号振荡效果消失,而水平极化不存在该现象。同时,分别仿真右旋圆极化(RHCP)直射和左旋圆极化(LHCP)反射天线采集的GNSS信号,并计算直反射信号的幅值比。在仿真基础上分别利用不同极化天线进行实验,结果表明:采用线性极化天线采集的GNSS干涉信号振荡效果几乎不受卫星高度角的限制,可以为土壤湿度反演提供更多的有效数据,并且反演得到的土壤湿度与同位数据具有良好的一致性,两者的相关性达到0.95。使用搭载圆极化天线的双通道接收机采集北斗系统卫星数据进行对比,相关性达到0.91。对于不同的设备,智能手机采集的GNSS数据占用空间相对比于双通道接收机降低1%,且反演结果相关性接近,由于干涉信号提取直反射信号需要一定的振荡周期,故反演结果的时间分辨率要低于双通道接收机。

关键词： Lasso   交叉验证   稀疏模型   钟差建模   滑动式  

摘要： 提出一种顾及参数稀疏的GNSS瞬时钟差模型构建算法,该算法通过在最小二乘多项式拟合中附加L 1范数项(Lasso)进行约束,并采用滑动建模的方式拟合钟差模型,即滑动Lasso拟合法。使用GFZ 300 s钟差产品作为训练数据,通过10折交叉验证获得正则化参数,建立钟差模型,并与常用的钟差建模加密算法进行卫星钟差拟合精度与PPP定位精度对比。实验结果表明,滑动Lasso拟合法在进行钟差拟合建模时,对于局部钟差数据中出现跳变过大的钟差值,可以有效消除其在拟合过程中对模型造成的影响,防止模型过拟合,进而提高钟差模型的拟合精度与PPP定位精度。