基于连续运行GNSS站信噪比数据的积雪深度的测量方法技术

本发明专利技术提供一种积雪深度的测量方法，包括：获取预先建立的GNSS直达信号与经地表反射后的右旋圆极化反射信号之间的干涉模型；根据标准RINEX文件生成SNR数据文件；选取无积雪时期内的SNR数据文件，利用所述干涉模型对SNR数据波形进行拟合处理，获得无积雪时期内每颗GNSS卫星每次升起或降落过程中的有效反射面平均高度；选取有积雪时期内的SNR数据文件，利用所述干涉模型对SNR数据波形进行拟合处理，获得有积雪时期内每颗GNSS卫星每次升起或降落过程中的有效反射面高度；计算无积雪时期内的有效反射面平均高度与有积雪时期内对应的有效反射面高度之间的差值；对选定时长内的差值取进行数据处理，得到积雪深度。本发明专利技术提供的积雪深度测量方法简单，测量结果准确。

【技术实现步骤摘要】
基于连续运行GNSS站信噪比数据的积雪深度的测量方法
本专利技术涉及一种积雪深度的测量方法，尤其涉及一种基于连续运行GNSS站信噪比数据的积雪深度测量方法。
技术介绍
积雪不仅是水文学与气象学中一个重要的参数，而且是影响干旱和半干旱地区气候变化、水资源平衡和农牧业发展的重要因素，而积雪深度是反映积雪多寡的一个重要指标。积雪深度观测手段一般分为气象台站与微波遥感，在气候条件恶劣的地区，气象台站数量较少，空间代表性差；星载微波辐射计空间分辨率较低，无法满足流域尺度的积雪水文研究需要；主动微波遥感机理复杂，且业务化应用水平较低。自1993年Martín-Neira提出可以利用GPS反射信号测量海面高度后，全球导航卫星系统反射信号遥感技术(GlobalNavigationSatelliteSystemReflectometry,GNSS-R)逐渐兴起并迅速发展。凭借着GNSS信号长期稳定、对积雪介电性质敏感、可以全天时/全天候工作等优点，GNSS-R技术成为一种探测积雪深度的有效手段。基于直达与反射信号干涉波形的GPS多路径反射技术(GPSMultipathReflectometry,GPS-MR)与干涉模式技术(InterferencePatternTechnique,IPT)从最初的土壤水分反演逐步扩展到积雪深度观测领域。GPS-MR技术利用连续运行GPS站记录的SNR(SignalNoiseRatio，信噪比)数据，通过对去除直达分量后保留的干涉分量进行频谱分析，将干涉波形的频率与积雪深度建立联系。IPT技术需要采用特制的GNSS接收机与垂直极化天线接收直达与反射信号的干涉波形，利用“空气-雪层-土壤”GNSS信号散射模型以及波形“凹口”的位置与数量测量积雪深度。然而，GPS-MR技术虽然能够利用连续运行大地测量用GPS接收机记录的SNR数据，但是处理过程复杂，容易产生累积误差。而IPT技术虽然能够直接处理GNSS接收机记录的SNR数据，但需要特制的GNSS接收机与垂直极化天线，不能充分利用现已广泛存在的各种连续运行参考站系统(ContinuouslyOperatingReferenceStation,CORS)提供的免费公开数据，限制了大范围的普及应用。
技术实现思路
由此可见，确有必要提供一种处理过程简单且测量结果准确的积雪深度测量方法。一种积雪深度的测量方法，其中，所述积雪深度的测量方法包括：获取预先建立的GNSS卫星直达信号与经地表反射后的反射信号之间的干涉模型；获取标准RINEX格式文件，根据所述标准RINEX格式文件生成SNR数据文件；从所述SNR数据文件中选取无积雪时期内的SNR数据文件，形成无积雪时期的SNR数据波形，并利用所述干涉模型对所述无积雪时期的SNR数据波形进行拟合处理，获得无积雪时期内每次GNSS卫星升起或降落过程中的有效反射面平均高度h0；从所述SNR数据文件中选取有积雪时期内的SNR数据文件，形成有积雪时期的SNR数据波形，并利用所述干涉模型对所述有积雪时期的SNR数据波形进行拟合处理，获得有积雪时期内每次GNSS卫星升起或降落过程中的有效反射面高度h；计算每次GNSS卫星升起或降落过程中的所述有效反射面平均高度h0与所述有效反射面高度h之间的差值Δh；对选定时长内的差值Δh进行数据处理，获得选定时长内的积雪深度。在一个实施例中，所述选取无积雪时期内的SNR数据文件，形成无积雪时期的SNR数据波形的步骤包括：截取每颗GNSS卫星预定高度角范围内的SNR数据，获得每颗GNSS卫星每个升起或降落过程中，SNR数据随仰角变化的所述无积雪时期的SNR数据波形。在一个实施例中，选取有积雪时期内的SNR数据文件，形成有积雪时期的SNR数据波形的步骤包括：截取每颗GNSS卫星预定高度角范围内的SNR数据，获得每颗GNSS卫星每次升起或降落过程中，SNR数据随仰角变化的所述有积雪时期内的SNR数据波形。在一个实施例中，所述干涉模型为：其中，Ei为直达信号振幅，γ为仰角，ε为地表介电常数，R(γ,ε)为菲涅尔反射系数，G为天线增益模式，G(+γ)为直达信号增益，G(-γ)为反射信号增益，为反射信号与直达信号之间的相位差。在一个实施例中，所述仰角的变化范围为5°-30°。在一个实施例中，利用所述干涉模型对所述无积雪时期的SNR数据波形进行拟合处理包括：利用最小二乘法对无积雪时期内的SNR数据波形进行拟合处理。在一个实施例中，利用所述干涉模型对所述无积雪时期的SNR数据波形进行拟合处理，获得无积雪时期内GNSS卫星升起或降落过程中的有效反射面平均高度h0包括：利用所述干涉模型对无积雪时期内的SNR数据波形进行拟合处理，获得无积雪状态下每颗GNSS卫星每次升起或降落过程中的有效反射面高度；对每颗GNSS卫星每次升起或降落过程中的有效反射面高度取平均值，获得无积雪时期内GNSS卫星升起或降落过程中的有效反射面平均高度h0。在一个实施例中，所述获取标准RINEX格式文件的步骤包括：利用右旋圆极化天线采集原始观测数据，并将原始观测数据进行格式转换，生成标准RINEX格式文件。在一个实施例中，所述对选定时长内的差值Δh进行数据处理，获得选定时长内的积雪深度的步骤包括以下方式中的一种：对选定时长内的差值Δh取算数平均值，得到所述积雪深度；对所述选定时长内的差值Δh取中位数，得到所述积雪深度；对所述选定时长内的差值Δh进行加权平均，得到所述积雪深度。相对于传统技术，本专利技术提供的积雪深度测量方法，通过获取GNSS卫星直达信号与反射信号之间的干涉模型，利用干涉模型对SNR数据波形进行拟合处理，获得积雪深度综合了GPS-MR与IPT技术的优点，能够简单、准确地对积雪深度进行测量，并能够大范围应用。附图说明图1为一个实施例提供的积雪深度测量方法的流程图；图2为一个实施例提供的积雪深度测量方法的总体框图；图3为一个实施例中地基GNSS站直达信号与反射信号干涉示意图；图4为一个实施例中利用干涉模型拟合观测的SNR数据的示例；图5为一个实施例中不同GNSS卫星不同升起或降落过程中(a)有效反射面高度与(b)积雪深度随年积日变化的示意图。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例对本专利技术提供的积雪深度的测量方法作进一步的详细说明。请一并参见图1及图2，本实施例提供一种基于连续运行全球导航卫星系统GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)站SNR(SignaltoNoiseRatio,信噪比)数据的积雪深度测量方法，该方法包括以下步骤：步骤S1，获取预先建立的GNSS卫星直达信号与经地表反射后的右旋圆极化反射信号之间的干涉模型；步骤S2，获取标准RINEX格式文件，根据标准RINEX格式文件生成SNR数据文件；步骤S3，从所述SNR数据文件中选取无积雪时期内的SNR数据文件，形成无积雪时期的SNR数据波形，并利用干涉模型对无积雪时期的SNR数据波形进行拟合处理，获得无积雪时期内每次GNSS卫星升起或降落过程中的有效反射面平均高度h0；步骤S4，从所述SNR数据文件中选取有积雪时期内的SNR数据文件，形成有积雪时期的SNR数据波形，并利用干涉模型对有积雪时期的SNR数据波形进行拟合处理，获得有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于连续运行GNSS站信噪比数据的积雪深度的测量方法，其特征在于，所述积雪深度的测量方法包括：获取预先建立的GNSS卫星直达信号与经地表反射后的反射信号之间的干涉模型；获取标准RINEX格式文件，根据所述标准RINEX格式文件生成SNR数据文件；从所述SNR数据文件中选取无积雪时期内的SNR数据文件，形成无积雪时期的SNR数据波形，并利用所述干涉模型对所述无积雪时期的SNR数据波形进行拟合处理，获得无积雪时期内每次GNSS卫星升起或降落过程中的有效反射面平均高度h

【技术特征摘要】
1.一种基于连续运行GNSS站信噪比数据的积雪深度的测量方法，其特征在于，所述积雪深度的测量方法包括：获取预先建立的GNSS卫星直达信号与经地表反射后的反射信号之间的干涉模型；获取标准RINEX格式文件，根据所述标准RINEX格式文件生成SNR数据文件；从所述SNR数据文件中选取无积雪时期内的SNR数据文件，形成无积雪时期的SNR数据波形，并利用所述干涉模型对所述无积雪时期的SNR数据波形进行拟合处理，获得无积雪时期内每次GNSS卫星升起或降落过程中的有效反射面平均高度h0；从所述SNR数据文件中选取有积雪时期内的SNR数据文件，形成有积雪时期的SNR数据波形，并利用所述干涉模型对所述有积雪时期的SNR数据波形进行拟合处理，获得有积雪时期内每次GNSS卫星升起或降落过程中的有效反射面高度h；计算每次GNSS卫星升起或降落过程中的所述有效反射面平均高度h0与所述有效反射面高度h之间的差值Δh；对选定时长内的差值Δh进行数据处理，获得选定时长内的积雪深度。2.根据权利要求1所述的积雪深度的测量方法，其特征在于，所述选取无积雪时期内的SNR数据文件，形成无积雪时期的SNR数据波形的步骤包括：截取每颗GNSS卫星预定高度角范围内的SNR数据，获得每颗GNSS卫星每个升起或降落过程中，SNR数据随仰角变化的所述无积雪时期的SNR数据波形。3.根据权利要求1所述的积雪深度的测量方法，其特征在于，选取有积雪时期内的SNR数据文件，形成有积雪时期的SNR数据波形的步骤包括：截取每颗GNSS卫星预定高度角范围内的SNR数据，获得每颗GNSS卫星每次升起或降落过程中，SNR数据随仰角变化的所述有积雪时期内的SNR数据波形。4.根据权利要求1所述的积雪深度的测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭学峰，万玮，洪阳，金四维，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11