星载GNSS反射信号台风检测及风眼位置估计

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作者 甄佳欢 朱云龙 +2 位作者 杨东凯 张国栋 王峰 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第6期2106-2118,共13页

全球导航卫星系统(GNSS)反射信号主要利用时延-多普勒图(DDM)的奇异性对台风进行研究。但由于模糊函数的存在,会使得这一奇异特征被模糊从而影响检测性能。通过将DDM反卷积去除模糊函数的影响后再重构归一化散射系数(NBRCS)并将其映射... 全球导航卫星系统(GNSS)反射信号主要利用时延-多普勒图(DDM)的奇异性对台风进行研究。但由于模糊函数的存在,会使得这一奇异特征被模糊从而影响检测性能。通过将DDM反卷积去除模糊函数的影响后再重构归一化散射系数(NBRCS)并将其映射到空间域,对台风事件检测算法及风眼位置估计算法进行研究。根据台风场内的DDM时间序列重构得到空间域NBRCS分布序列,定义台风敏感特征观测量,并基于置信区间距离半径的滑动窗口异常检测方法来检测台风事件;提出一种台风眼位置估计算法,通过模型匹配算法将重构所得空间域散射系数与模型数据集匹配以得到风眼位置。结果表明:台风检测算法的检测性能对信噪比(SNR)敏感,信噪比越高检测性能越好,当SNR为8时,台风检测性能接收机操作特性(ROC)曲线的曲线下面积(AUC)为0.80;在4种SNR下风眼位置估计的平均误差不超过0.3°,均方根误差不超过0.6°。 展开更多

关键词 全球导航卫星系统反射测量技术 台风检测 台风中心 全球导航卫星系统 热带气旋

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SVRM辅助的北斗GEO卫星反射信号土壤湿度反演方法 被引量：21

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作者 杨磊 吴秋兰 +3 位作者 张波 梁勇 洪学宝 邹文博 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1134-1141,共8页

提出了一种支持向量回归机(SVRM)辅助的北斗地球静止轨道(GEO)卫星反射信号土壤湿度反演方法。使用全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)右旋圆极化(RHCP)天线和左旋圆极化(LHCP)天线接收体制进行了地基实验,采集了北斗GEO卫星直射、反射... 提出了一种支持向量回归机(SVRM)辅助的北斗地球静止轨道(GEO)卫星反射信号土壤湿度反演方法。使用全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)右旋圆极化(RHCP)天线和左旋圆极化(LHCP)天线接收体制进行了地基实验,采集了北斗GEO卫星直射、反射信号原始数据,并从中提取直射、反射信号的相关功率,结合北斗GEO卫星的高度角与方位角信息作为输入,烘干称重法获取的土壤湿度作为输出对使用径向基(RBF)核函数的ε-SVRM进行了训练。独立测试集上的结果表明,SVRM辅助的北斗GEO卫星反射信号土壤湿度反演方法获取的土壤湿度结果与烘干称重法获取的土壤湿度参考值误差控制在3%以内,线性回归方程决定系数为0.8979,均方根误差RMSE为1.4926%,证明了该方法具有良好的泛化特性,实际应用中效果良好。 展开更多

关键词 北斗 地球静止轨道(GEO)卫星 全球导航卫星系统反射信号(gnss-r) 支持向量回归机(SVRM) 土壤湿度 遥感探测

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基于北斗卫星反射信号的海面溢油探测方法及试验 被引量：7

3

作者 吴军 张波 +2 位作者 洪学宝 杨东凯 汉牟田 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期193-199,共7页

为了监测小规模固定海域的溢油状况,针对岸基接收平台提出了一种基于北斗卫星反射信号的海面溢油探测方法,该方法将全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)技术应用于岸基条件下的海面溢油探测。进行了岸基试验,利用右旋圆极化(RHCP)天线和... 为了监测小规模固定海域的溢油状况,针对岸基接收平台提出了一种基于北斗卫星反射信号的海面溢油探测方法,该方法将全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)技术应用于岸基条件下的海面溢油探测。进行了岸基试验,利用右旋圆极化(RHCP)天线和左旋圆极化(LHCP)天线分别采集北斗卫星直射与反射信号,在信号同步的基础上提取卫星直射和反射信号的相关功率,并结合北斗卫星的高度角与方位角信息,反演目标海域的介电常数来判断海面有无溢油。试验结果表明探测表面为油面时,介电常数反演结果均值为3.6,标准差为2.13,这与油的真实介电常数范围2.0~4.5一致,远小于海水介电常数,证明将GNSS-R应用到岸基海面溢油探测中具有可行性。 展开更多

关键词 全球导航卫星系统反射信号(gnss-r) 北斗卫星反射信号 岸基平台 海面溢油探测 介电常数

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地基北斗GEO卫星直反信号功率测量偏差分析

4

作者 阮宏梁 洪学宝 +2 位作者 王永宁 汉牟田 杨东凯 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期825-831,共7页

针对接收天线方向性造成的北斗地球同步轨道(GEO)卫星直反信号功率测量偏差进行研究。给出地基场景下实际天线接收的直反信号及其功率表达式,讨论天线方向性造成的北斗GEO卫星直反信号功率测量相对偏差,设置具体观测场景进行仿真分析。... 针对接收天线方向性造成的北斗地球同步轨道(GEO)卫星直反信号功率测量偏差进行研究。给出地基场景下实际天线接收的直反信号及其功率表达式,讨论天线方向性造成的北斗GEO卫星直反信号功率测量相对偏差,设置具体观测场景进行仿真分析。理论与仿真结果表明:具体场景和时刻下的北斗GEO卫星直反信号功率测量偏差为固定偏差,由天线对干扰信号的抑制性能、天线架设高度和反射面介电常数共同决定;相对偏差的大小随着天线对干扰信号抑制性能的增强而减小,随着天线架设高度的变化在某一范围内波动,也会随着反射面介电常数的变化而变化。 展开更多

关键词 全球导航卫星反射信号测量技术 北斗卫星导航系统 地球同步轨道卫星 功率测量偏差 天线方向性

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GNSS反射信号在土壤湿度测量中的应用 被引量：9

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作者 宋学忠 徐爱功 +1 位作者 杨东凯 马小东 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2013年第11期61-64,共4页

为全面获取陆地土壤湿度信息,实现导航卫星反射信号土壤含水量反演,在给出散射信号极化特征及散射信号归一化功率的基础上,通过对陆基土壤时序采样数据、时序介电常数进行分析和仿真,估计土壤湿度参数。仿真表明,试验结果与常规湿度测... 为全面获取陆地土壤湿度信息,实现导航卫星反射信号土壤含水量反演,在给出散射信号极化特征及散射信号归一化功率的基础上,通过对陆基土壤时序采样数据、时序介电常数进行分析和仿真,估计土壤湿度参数。仿真表明,试验结果与常规湿度测量方法一致。因此,多普勒延迟映射接收机能够正确表征地表含水量分布特征,导航卫星反射信号可以应用于土壤湿度测量中。 展开更多

关键词 全球导航卫星系统 反射信号 被动微波遥感 土壤湿度测量

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基于GNSS-R的海面风速探测技术研究 被引量：23

6

作者 周旋 叶小敏 +3 位作者 于暘 邵连军 刘书明 李紫薇 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第7期1575-1580,共6页

该文利用数值仿真手段分析了全球导航卫星系统海面反射(GNSS-R)信号的时延相关功率曲线特征,讨论了风速、风向、GNSS卫星高度角、接收机平台高度和速度等因素对海面散射信号相关功率的影响,给出了GNSS-R海面风速的反演方法和技术流程,... 该文利用数值仿真手段分析了全球导航卫星系统海面反射(GNSS-R)信号的时延相关功率曲线特征,讨论了风速、风向、GNSS卫星高度角、接收机平台高度和速度等因素对海面散射信号相关功率的影响,给出了GNSS-R海面风速的反演方法和技术流程,并进行了试验验证。结果表明,在中低风速条件(<20 m/s)下,GNSS-R测量的海面风速与实测风速的基本一致,说明GNSS-R探测海面风速的可行性以及该文给出的海面风速反演方法的正确性。当风速超过20 m/s时,由于受海浪谱模型的限制,其反演的结果明显低于实测风速。最后,根据试验结果,初步给出了GNSS-R测量海面风速的修正模型。 展开更多

关键词 全球导航卫星系统海面反射信号(gnss-r) 海面风速 反演

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地基GNSS-R功率测量应用中的天线方向性影响分析 被引量：6

7

作者 洪学宝 张波 +1 位作者 杨东凯 汉牟田 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期658-664,共7页

全球导航卫星系统反射信号遥感技术(global navigation satellite system reflectometry,GNSS-R)地基功率测量应用中,信号接收天线对于背向同极化和各向交叉极化信号的抑制并不理想.为了分析天线方向性对于目标信号相关功率测量的影响,... 全球导航卫星系统反射信号遥感技术(global navigation satellite system reflectometry,GNSS-R)地基功率测量应用中,信号接收天线对于背向同极化和各向交叉极化信号的抑制并不理想.为了分析天线方向性对于目标信号相关功率测量的影响,以右旋圆极化(right hand circular polarized,RHCP)直射信号接收天线和左旋圆极化(left hand circular polarized,LHCP)反射信号接收天线为例,建立了实际天线接收信号的相关功率模型,确定了实际信号相关功率的概率分布以及数字特征,在仿真信号相关功率的数字特征的基础上计算了相关功率的相对偏差和离散系数并进行了分析.结果表明:天线方向性的不理想会造成目标信号相关功率测量误差,RHCP天线方向性仅在低卫星高度角范围内对直射目标信号相关功率测量有较大影响,而LHCP天线方向性在整个卫星高度角变化范围内都对反射目标信号相关功率测量有显著影响. 展开更多

关键词 全球导航卫星系统反射信号遥感技术(gnss-r) 相关功率 测量误差 天线方向性

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基于GNSS-R技术的阿拉斯加州积雪深度反演及其应用 被引量：1

8

作者 陈芳霖 常亮 冯贵平 《极地研究》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期197-211,共15页

利用GNSS-R(全球导航卫星系统反射测量)技术进行准确的雪深监测已成为传统雪深测量的重要补充手段。本文使用GNSS-R技术反演了2012—2018年美国阿拉斯加州4个GPS观测站附近的雪深结果,结合加拿大气象中心(Canadian Meteorological Centr... 利用GNSS-R(全球导航卫星系统反射测量)技术进行准确的雪深监测已成为传统雪深测量的重要补充手段。本文使用GNSS-R技术反演了2012—2018年美国阿拉斯加州4个GPS观测站附近的雪深结果,结合加拿大气象中心(Canadian Meteorological Centre,CMC)提供的雪深模型数据产品,以PBO(Plate Boundary Observatory)H2O项目组提供的雪深资料为参考值,分析了不同手段获取的雪深值在不同时间尺度上的变化特征,同时评估了GNSS-R反演雪深结果作为独立数据集验证CMC模型数据的能力。结果表明:GNSS-R、CMC和PBO得到的长时间序列雪深结果均具有较为一致的明显周期性变化,整体上GNSS-R反演结果比CMC数据精度更高,更能反映雪深的年际变化情况。GNSS-R反演值和CMC模拟值均能够反映各测站PBO雪深值的逐月变化规律,但GNSS-R反演值的精度和稳定性总体上优于CMC模拟值。GNSS-R反演结果比CMC模拟值与PBO雪深值的季节性变化更具一致性,且对于本文研究的4个测站,GNSS-R反演雪深的精度和稳定性在雪深值较大的春季和冬季较高,雪深值较小的秋季略差。此外,本文还证实了GNSS-R反演的雪深结果可用于评估CMC模拟雪深值的精度,且评估效果在冬春季优于秋季。 展开更多

关键词 全球导航卫星系统反射测量(gnss-r) 加拿大气象中心(CMC) 雪深 阿拉斯加

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利用GPS卫星信号信噪比的土壤湿度反演方法 被引量：3

9

作者 黄志剑 王杰 《导航定位学报》 CSCD 2020年第1期59-64,共6页

为了进一步研究裸土区域表层土壤湿度的全球卫星导航系统反射信号干涉测量(GNSS-IR)遥感,提出1种利用GPS卫星信号信噪比数据的土壤湿度反演方法:建立振幅、相位、频率观测量与土壤湿度间的多元线性回归模型;并对振幅观测量取对数作非线... 为了进一步研究裸土区域表层土壤湿度的全球卫星导航系统反射信号干涉测量(GNSS-IR)遥感,提出1种利用GPS卫星信号信噪比数据的土壤湿度反演方法:建立振幅、相位、频率观测量与土壤湿度间的多元线性回归模型;并对振幅观测量取对数作非线性变换,以提升性能。实验结果表明:多元回归模型预测结果对比原位数据,平均均方根误差(RMSE)为2.43%;非线性变换后平均均方根误差为1.23%,比线性变换前降低49.27%。 展开更多

关键词 全球卫星导航系统反射信号干涉测量 信噪比 多元线性回归模型 土壤湿度

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顾及河流流向的GNSS-R流速反演

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作者 关昕 柯福阳 +7 位作者 王萍 黄炜 郝建强 周勃 刘淼 包瑾 林宜旻 王笑蕾 《导航定位学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期132-138,共7页

针对传统的河流流速测量方法存在价格昂贵、维护困难或不准确等问题,提出一种顾及河流流向的GNSS-R流速反演方法:指出河流流向和反射几何构型会对GNSS-R流速反演造成影响,并利用GNSS信号相对反射面运动产生的多普勒效应进行流速测量;然... 针对传统的河流流速测量方法存在价格昂贵、维护困难或不准确等问题,提出一种顾及河流流向的GNSS-R流速反演方法:指出河流流向和反射几何构型会对GNSS-R流速反演造成影响,并利用GNSS信号相对反射面运动产生的多普勒效应进行流速测量;然后引入声学多普勒流速剖面仪(ADCP)实测数据对反演结果进行验证,分析不同几何构型下,散射效应对于多普勒频移的影响,并完善GNSS-R河流流速反演方法。实验结果表明,后向构型时,反演的河流流速值一般大于前向构型;基于后向构型的多普勒频率差对河流流速进行反演的结果与实测流速值变化趋势相近,但由于多普勒频率难以准确捕获的原因,反演中误差较大。 展开更多

关键词 全球卫星导航系统反射测量(gnss-r) 流速测量 散射几何构型 河流流向 多普勒频率

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基于相关功率修正的地基GNSS-R土壤湿度反演 被引量：5

11

作者 洪学宝 张波 +3 位作者 阮宏梁 汉牟田 杨东凯 宋曙辉 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1558-1564,共7页

利用全球导航卫星系统反射信号测量技术(GNSS-R)进行土壤湿度反演过程中,实际接收天线方向性会造成GNSS直反信号相关功率测量偏差。针对地基观测场景下天线方向性造成的相关功率的类余弦振荡问题,提出了基于多项式拟合的信号相关功率修... 利用全球导航卫星系统反射信号测量技术(GNSS-R)进行土壤湿度反演过程中,实际接收天线方向性会造成GNSS直反信号相关功率测量偏差。针对地基观测场景下天线方向性造成的相关功率的类余弦振荡问题,提出了基于多项式拟合的信号相关功率修正方法。为了验证所提方法的有效性,开展了地基GNSS-R土壤湿度观测实验,结果表明:基于多项式拟合的相关功率修正可以消除信号相关功率的类余弦振荡,提升GNSS-R土壤湿度反演中的观测数据有效性和反演结果准确性。 展开更多

关键词 全球导航卫星系统反射信号测量技术(gnss-r) 相关功率 振荡偏差 多项式拟合 土壤湿度

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岸基GNSS-R海上溢油探测方法 被引量：6

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作者 贾紫樱 张波 +2 位作者 吴军 杨东凯 洪学宝 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期383-390,共8页

从岸基角度出发,利用全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)技术,同时结合电磁波的部分去极化现象以及反射率与海面粗糙度特征函数的映射关系,建立了三天线观测模式下的海上溢油探测模型,根据反演出目标水域的相对介电常数来判断有无溢油。... 从岸基角度出发,利用全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)技术,同时结合电磁波的部分去极化现象以及反射率与海面粗糙度特征函数的映射关系,建立了三天线观测模式下的海上溢油探测模型,根据反演出目标水域的相对介电常数来判断有无溢油。通过2次实验分别采集污油和潮间带的GNSS直射信号以及反射信号中的左旋、右旋圆极化分量,依据反演模型处理数据并进行了总结与分析。从实验结果来看,当探测表面为油面时反演出的相对介电常数其均值为2.14,标准差为1.44,而海滩在历经潮水的涨落时所反演出相对介电常数值也存在明显的由小增大再减小的过程,油、水反演值差异明显,同时与理论相对介电常数值具有较好的一致性,说明此方法在岸基海上溢油遥感领域具有一定的可行性。 展开更多

关键词 全球导航卫星系统反射信号(gnss-r) 海上溢油 岸基平台 介电常数 反射率极化比

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SVRM方法的单天线GNSS-R土壤湿度反演 被引量：19

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作者 段睿 张波 +1 位作者 汉牟田 杨东凯 《导航定位学报》 CSCD 2018年第1期34-39,共6页

针对单天线模式下GNSS-R土壤湿度反演中精度较差、稳定度不高的问题,提出一种SVRM辅助的土壤湿度测量方法:天线接收干涉信号的3个特征参量相位、幅度、频率均可用于土壤湿度反演,将三者同时作为SVRM的输入,土壤湿度实测值作为输出,对数... 针对单天线模式下GNSS-R土壤湿度反演中精度较差、稳定度不高的问题,提出一种SVRM辅助的土壤湿度测量方法:天线接收干涉信号的3个特征参量相位、幅度、频率均可用于土壤湿度反演,将三者同时作为SVRM的输入,土壤湿度实测值作为输出,对数据样本进行训练,并在独立测试集上进行验证。实验结果表明,利用SVRM能够有效提高土壤湿度反演的精度。 展开更多

关键词 全球卫星导航系统反射信号 单天线 支持向量回归机 土壤湿度测量

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GNSS-R岸基平台海面溢油面积探测方法 被引量：3

14

作者 孙启明 张波 +2 位作者 刘建华 王林峰 贾紫樱 《导航定位学报》 CSCD 2019年第2期88-95,共8页

为了进一步研究岸基溢油面积的探测方法,提出一种利用卫星主要反射信号接收区域(闪耀区)作为探测单元,对目标区域溢油面积进行探测的方法:通过建立相关功率、反射率与海面特征参数3者之间的映射关系,对卫星所对应的闪耀区内海面相对介... 为了进一步研究岸基溢油面积的探测方法,提出一种利用卫星主要反射信号接收区域(闪耀区)作为探测单元,对目标区域溢油面积进行探测的方法:通过建立相关功率、反射率与海面特征参数3者之间的映射关系,对卫星所对应的闪耀区内海面相对介电常数进行反演,来判断该闪耀区内是否存在溢油;并通过多颗卫星在一段时间内对应闪耀区的叠加计算来对溢油的面积进行计算。实验结果表明该方法可以有效探测目标海域的溢油分布情况,并对溢油面积进行计算。 展开更多

关键词 全球卫星导航系统反射信号(gnss-r) 海上溢油 介电常数 岸基平台 卫星闪耀区

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利用星载GNSS-R DDM反演土壤湿度可行性分析 被引量：3

15

作者 涂晋升 张瑞 +1 位作者 洪学宝 汉牟田 《导航定位学报》 CSCD 2019年第4期105-109,117,共6页

针对目前全球卫星导航系统星载反射信号(GNSS-R)土壤湿度探测技术主要停留在地基以及机载观测研究,难以实现星载大范围探测这一难题,提出利用星载GNSS-R时延多普勒图(DDM)数据进行土壤湿度反演:首先建立了DDM信噪比(SNR)与土壤湿度数据... 针对目前全球卫星导航系统星载反射信号(GNSS-R)土壤湿度探测技术主要停留在地基以及机载观测研究,难以实现星载大范围探测这一难题,提出利用星载GNSS-R时延多普勒图(DDM)数据进行土壤湿度反演:首先建立了DDM信噪比(SNR)与土壤湿度数据相关性模型,然后利用英国技术演示卫星(UK TDS-1)的DDM以及欧洲航天局土壤湿度与海水盐度(SMOS)卫星的土壤湿度数据对模型进行了验证。结果表明,DDM SNR与土壤湿度数据具有较强的相关性:2者在植被覆盖度较高以及接近裸土的2块区域均呈现出较高的相关系数,说明利用星载GNSS-R DDM反演土壤湿度具有一定的可行性。 展开更多

关键词 全球卫星导航系统星载反射信号 土壤湿度反演 时延多普勒图 信噪比 英国技术演示卫星 土壤水分和海洋盐度卫星

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GNSS-IR双频数据融合的土壤湿度反演方法 被引量：18

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作者 荆丽丽 杨磊 +3 位作者 汉牟田 洪学宝 孙波 梁勇 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1248-1255,共8页

目前全球导航卫星系统反射信号干涉测量(GNSS-IR)土壤湿度反演研究仅针对单一频点展开,提出用熵值法将2个频点数据进行融合以改进土壤湿度反演精度。首先,利用频谱分析法分别解析出各频点的信噪比(SNR)序列的振荡频率,计算出对应的等效... 目前全球导航卫星系统反射信号干涉测量(GNSS-IR)土壤湿度反演研究仅针对单一频点展开,提出用熵值法将2个频点数据进行融合以改进土壤湿度反演精度。首先,利用频谱分析法分别解析出各频点的信噪比(SNR)序列的振荡频率,计算出对应的等效天线高度,并利用最小二乘法求解各频点信噪比序列相位;然后,通过熵值法进行2个频点的相位观测量融合;最后,利用融合结果与实测土壤湿度建立经验模型,实现土壤湿度反演。利用地基观测实验获得的全球定位系统(GPS) L1和L2信噪比数据对该方法进行了验证,结果表明:L1和L2双频融合反演结果平均标准差为0. 6%,比L1单频反演结果提高64. 73%,比L2单频反演结果提高32. 12%;均方根误差为0. 37%,比L1频点降低72. 8%,比L2频点降低73. 4%。 展开更多

关键词 全球导航卫星系统反射信号干涉测量(GNSS-IR) 土壤湿度反演 双频数据融合 熵值法 全球定位系统(GPS)

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