[發明專利]一種基于GNSS-R的雪深反演方法及其應用

在審

• 申請號: 202110320252.2
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113075706A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 何濤;何乃瑩;朱衛東
• 申請（專利權）人: 上海海洋大學
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37;G06F17/14
• 代理公司: 上海唯智贏專利代理事務所(普通合伙) 31293
• 代理人: 劉朵朵

本發明公開了一種基于GNSS?R的雪深反演方法及其應用，步驟：對信噪比觀測數據進行預處理，批量獲取各顆衛星的直射與反射信號；通過解析GPS衛星的直射信號與反射信號，結合測站周圍地形環境，提取衛星高度角信息和信噪比數據；分離出5～25°的衛星高度角信息和信噪比數據，對信噪比數據進行消除趨勢項，獲得消除趨勢項的信噪比序列；根據消除了趨勢項的信噪比數據獲取線性信噪比殘差數據；對線性信噪比殘差數據進行小波包分解與重構；對重構后的序列進行Lomb?Scargle頻譜分析，獲取主頻率；通過對衛星接收機垂直距離和天線高求差值以及公式換算，獲取多顆衛星的雪深反演值。本發明的雪深反演方法的精度高，極具應用前景。

技術領域

本發明屬于測繪科學技術領域，涉及一種基于GNSS-R的雪深反演方法及其應用。

背景技術

積雪作為一種氣象觀測數據，不僅僅對人們日常生活有出行方面的影響，而且對于全球氣候變化趨勢來說，是一種重要的評估參數，能夠反映水資源儲量和全球海平面上升高度，同時為下游洪災預警和水利發電提供信息。

測繪科學是一門綜合性科學，是研究與地理空間分布有關的信息的采集、處理、管理、表達和利用的科學與技術，包括大地測量學、攝影測量學、工程測量學和地圖制圖學等學科。

全球衛星導航反射技術(Global Navigation Satellite SystemReflectometry，GNSS-R)，在氣象、工程、水文等領域有著廣泛的應用，包括雪深探測、大壩變形監測、水位測量等。在利用全球衛星導航反射技術時，首先利用二次擬合的方法對信噪比數據進行預處理，批量獲取各顆衛星的反射信號；然后通過解析直射反射信號，并根據測站周圍的地理環境，分離出5～25°的衛星高度角，并根據所對應的歷元范圍獲得信噪比數據，并對信噪比數據進行去趨勢項處理和單位轉化，獲取信噪比殘差序列；然后對于低高度角線性信噪比殘差數據，利用Lomb-Scargle頻譜分析提取信噪比數據的主頻率，通過接收機天線高度和公式換算，進而獲取雪深數據的反演值。

利用GNSS-R模型進行雪深反演，信噪比觀測數據的質量控制十分重要，由于信噪比序列易受到環境噪聲和熱噪聲影響，直接通過Lomb-Scargle頻譜分析的結果難以提取主頻率信息，得到的反演結果缺乏可靠性與準確性。目前對信噪比數據進行一定噪聲地去除方法中，小波分解為主要方法，雖然小波變換對信號低頻部分進行分解時，能很好地表征一大類以低頻信息為主要成分的信號，但高頻信息中往往也包含了大量細節信號，被認為是噪聲，其缺點是低頻處時間分辨率低，高頻處頻率分辨率低，重構小波系數獲取去噪后的信噪比信號，會丟失部分細節信息，其結果是降低了雪深反演值的精度。

因此，開發一種能夠克服以上信噪比數據噪聲去除方法缺陷進而提高雪深反演精度的基于GNSS-R的雪深反演方法極具現實意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有信噪比數據的噪聲大進而影響雪深反演值的精度的缺陷，提供一種能夠克服以上信噪比數據噪聲去除方法缺陷進而提高雪深反演精度的基于GNSS-R的雪深反演方法。本發明的方法具體是通過降低信噪比數據的噪聲，使其在進行Lomb-Scargle頻譜分析時能夠更好地區分和提取主頻率，進而獲取精度較高、較可靠的雪深反演值。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于GNSS-R的雪深反演方法，應用于電子設備，在獲取線性信噪比殘差數據后對其進行小波包分解與重構，再對重構后的序列進行Lomb-Scargle頻譜分析及后處理得到雪深反演值。