ГНСС-рефлектометрия

Рефлектометрия GNSS (или GNSS-R) включает в себя проведение измерений на основе отражений от Земли навигационных сигналов от глобальных навигационных спутниковых систем, таких как GPS . Идея использования отраженных сигналов ГНСС для наблюдения Земли была впервые предложена в 1993 году Мартином-Нейрой. ^[1] Его также исследовали исследователи из Исследовательского центра НАСА в Лэнгли. ^[2] и также известен как GPS-рефлектометрия .

Рефлектометрия GNSS — это пассивное зондирование , которое использует преимущества нескольких активных источников и полагается на них — при этом спутники генерируют навигационные сигналы. Для этого приемник GNSS измеряет задержку сигнала от спутника ( измерение псевдодальности ) и скорость изменения дальности между спутником и наблюдателем ( доплеровское измерение). Площадь поверхности отраженного сигнала GNSS также обеспечивает два параметра: временную задержку и изменение частоты . В результате доплеровскую карту задержки можно получить (DDM) как наблюдаемую GNSS-R. Форма и распределение мощности сигнала внутри DDM определяются двумя условиями отражающей поверхности: ее диэлектрическими свойствами и состоянием ее шероховатости . Дальнейшее получение геофизической информации опирается на эти измерения.

Рефлектометрия GNSS — это бистатический радар , в котором передатчик и приемник расположены на значительном расстоянии. Поскольку в рефлектометрии ГНСС один приемник может одновременно отслеживать несколько передатчиков (т. е. спутников ГНСС), система также имеет характер мультистатического радара. Приемник отраженного сигнала GNSS может быть разных типов: наземные станции, судовые измерения, самолеты или спутники, такие как спутник UK-DMC , входящий в состав группировки мониторинга стихийных бедствий , построенной компанией Surrey Satellite Technology Ltd. Он нес полезную нагрузку вторичной рефлектометрии, которая продемонстрировала возможность приема и измерения сигналов GPS, отраженных от поверхности земных океанов, с его траектории на низкой околоземной орбите для определения волнового движения и скорости ветра. ^[3]^[4]

Научно-исследовательские применения ГНСС-Р космического базирования сосредоточены в следующих областях:

Альтиметрия ^[5]^[6]
Океанография (высота волн и скорость ветра) ^[3]
Мониторинг криосферы ^[2]^[7]
Мониторинг влажности почвы ^[8]

Данные миссии Глобальной навигационной спутниковой системы Cyclone (CYGNSS) использовались для исследования многих из этих областей.

Интерферометрическая рефлектометрия GNSS (или GNSS-IR) является частным случаем GNSS-R. Здесь приемный прибор находится на поверхности Земли. В этом методе вместо допперовской карты задержки или измерения двух сигналов по отдельности используется интерференция прямого и отраженного сигналов. В показанном примере антенна GNSS находится примерно на 2,5 метра над плоской поверхностью. Показаны как прямые (синий), так и отраженные (красный) сигналы ГНСС. Когда спутник GNSS поднимается или заходит, угол места изменяется; прямой и отраженный сигналы будут генерировать интерференционную картину. Частоту этой интерференционной картины можно использовать для определения высоты антенны над плоской поверхностью, высоты отражателя. Изменения высоты отражателя можно напрямую использовать для измерения водной поверхности. ^[9]и высота снега. ^[10]

Ссылки

^ Мартин-Нейра, М. «Система пассивной рефлектометрии и интерферометрии (ПАРИЖ): применение к альтиметрии океана». Журнал ЕКА . 17 (4): 331–355.
^ Перейти обратно: ^а ^б Комджати, А.; Масланик Дж.; Заворотный, В.У.; Аксельрад, П. ; Кацберг, С.Дж. (2000). «Дистанционное зондирование морского льда с использованием сигналов GPS, отраженных от поверхности». IGARSS 2000. Международный симпозиум IEEE 2000 по геонаукам и дистанционному зондированию. Учитывать пульс планеты: роль дистанционного зондирования в управлении окружающей средой. Протоколы (Кат. № 00CH37120) . Том. 7. Гонолулу, Гавайи, США: IEEE. стр. 2855–2857. дои : 10.1109/IGARSS.2000.860270 . hdl : 2060/20020004347 . ISBN 978-0-7803-6359-5 . S2CID 62042731 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Глисон, С.; Ходгарт, С.; Ипин Сунь; Гомменгингер, К.; Маккин, С.; Аджрад, М.; Анвин, М. (2005). «Обнаружение и обработка бистатически отраженных сигналов GPS с низкой околоземной орбиты для целей дистанционного зондирования океана». Транзакции IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию . 43 (6): 1229–1241. Бибкод : 2005ITGRS..43.1229G . дои : 10.1109/TGRS.2005.845643 . S2CID 6851145 .
^ Член парламента Клариция и др. , Анализ доплеровских карт задержки GNSS-R со спутника UK-DMC над океаном. Архивировано 6 июня 2011 г. в Wayback Machine , Geophysical Research Letters , 29 января 2009 г.
^ Семмлинг, AM; Викерт, Дж.; Шён, С.; Стосиус, Р.; Маркграф, М.; Гербер, Т.; Ге, М.; Байерле, Г. (15 июля 2013 г.). «Эксперимент на Цеппелине для изучения воздушной альтиметрии с использованием зеркальных отражений Глобальной навигационной спутниковой системы: ЭКСПЕРИМЕНТ НА ЦЕППЕЛИНЕ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ АЛЬТИМЕТРИИ» . Радионаука . 48 (4): 427–440. дои : 10.1002/rds.20049 .
^ Риус, Антонио; Карделлах, Эстель; Фабра, Фрэн; Ли, Вэйцян; Рибо, Серни; Эрнандес-Пахарес, Мануэль (2017). «Возможность измерения альтиметрии ледникового покрова GNSS-R в Гренландии с использованием TDS-1» . Дистанционное зондирование . 9 (7): 742. Бибкод : 2017RemS....9..742R . дои : 10.3390/rs9070742 . hdl : 2117/114540 . ISSN 2072-4292 .
^ Ривас, МБ; Масланик, Дж.А.; Аксельрад, П. (22 сентября 2009 г.). «Бистатическое рассеяние сигналов GPS на арктическом морском льду». Транзакции IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию . 48 (3): 1548–1553. дои : 10.1109/tgrs.2009.2029342 . ISSN 0196-2892 . S2CID 12668682 .
^ Родригес-Альварес, Нереида; Кэмпс, Адриано; Валь-Илоссера, Мерсе; Бош-Луис, Ксавье; Монеррис, Алессандра; Рамос-Перес, Исаак; Валенсия, Энрик; Марчан-Эрнандес, Хуан Фернандо; Мартинес-Фернандес, Хосе; Барончини-Турриккья, Гвидо; Перес-Гутьеррес, Карлос (2011). «Восстановление наземных геофизических параметров с использованием метода интерференционной картины GNSS-R» . Транзакции IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию . 49 (1): 71–84. Бибкод : 2011ITGRS..49...71R . дои : 10.1109/TGRS.2010.2049023 . ISSN 0196-2892 . S2CID 27516781 .
^ Ларсон, Кристин М.; Рэй, Ричард Д.; Ниевински, Фелипе; Фреймюллер, Джефф (сентябрь 2013 г.). «Случайный уровнемер» (PDF) . Письма IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию . 10 (5): 1200. doi : 10.1109/LGRS.2012.2236075 . Проверено 22 июня 2024 г.
^ Ларсон, Кристин М.; Гутманн, Итан; Заворотный, Валерий; Браун, Джон; Уильямс, Марк; Ниевински, Фелипе (сентябрь 2009 г.). «Можем ли мы измерить глубину снега с помощью GPS-приемников» . Письма о геофизических исследованиях . 36 (17). дои : 10.1029/2009GL039430 . Проверено 23 июня 2024 г.

Дальнейшее чтение

Заворотный, Валерий Ю.; Глисон, Скотт; Карделлах, Эстель; Кэмпс, Адриано (2014). «Учебное пособие по дистанционному зондированию с использованием бистатического радара GNSS возможностей». Журнал IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию . Том. 2, нет. 4. стр. 8–45. дои : 10.1109/MGRS.2014.2374220 . ISSN 2168-6831 .
Ларсон, Кристин М .; Смолл, Эрик Э.; Браун, Джон; Заворотный, Валерий (2014). «Зондирование окружающей среды: революция в приложениях GNSS» . Внутри ГНСС . Том. 9, нет. 4. С. 36–46. ISSN 1559-503X . Архивировано из оригинала 15 марта 2016 года . Проверено 15 марта 2016 г.
Карделлах, Эстель (2015): E-GEM – GNSS-R мониторинг Земли; Современный документ с описанием, заархивированный 28 ноября 2020 г. в Wayback Machine .
Эмери, Уильям и Кэмпс, Адриано (2017): Введение в спутниковое дистанционное зондирование, 1-е издание, приложения для атмосферы, океана, суши и криосферы, Глава 6: Дистанционное зондирование с использованием сигналов глобальной навигационной спутниковой системы, Elsevier, 20 сентября 2017 г., мягкая обложка ISBN 9780128092545 , электронная книга ISBN 9780128092590
Полный список ссылок, поддерживаемый сообществом GNSS-R, можно найти по адресу: https://www.ice.csic.es/personal/rius/gnss_r_bibliography/index.html.

Внешние ссылки

Размышляя о будущем. Архивировано 14 мая 2007 г. в Wayback Machine , The Engineer Online, 28 ноября 2006 г.
Приложения и методы ГНСС , Artech House, сентябрь 2009 г.

[1] Мартин-Нейра, М. «Система пассивной рефлектометрии и интерферометрии (ПАРИЖ): применение к альтиметрии океана». Журнал ЕКА . 17 (4): 331–355.

[:0-2] Перейти обратно: ^а ^б Комджати, А.; Масланик Дж.; Заворотный, В.У.; Аксельрад, П. ; Кацберг, С.Дж. (2000). «Дистанционное зондирование морского льда с использованием сигналов GPS, отраженных от поверхности». IGARSS 2000. Международный симпозиум IEEE 2000 по геонаукам и дистанционному зондированию. Учитывать пульс планеты: роль дистанционного зондирования в управлении окружающей средой. Протоколы (Кат. № 00CH37120) . Том. 7. Гонолулу, Гавайи, США: IEEE. стр. 2855–2857. дои : 10.1109/IGARSS.2000.860270 . hdl : 2060/20020004347 . ISBN 978-0-7803-6359-5 . S2CID 62042731 .

[reflect-3] Перейти обратно: ^а ^б Глисон, С.; Ходгарт, С.; Ипин Сунь; Гомменгингер, К.; Маккин, С.; Аджрад, М.; Анвин, М. (2005). «Обнаружение и обработка бистатически отраженных сигналов GPS с низкой околоземной орбиты для целей дистанционного зондирования океана». Транзакции IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию . 43 (6): 1229–1241. Бибкод : 2005ITGRS..43.1229G . дои : 10.1109/TGRS.2005.845643 . S2CID 6851145 .

[4] Член парламента Клариция и др. , Анализ доплеровских карт задержки GNSS-R со спутника UK-DMC над океаном. Архивировано 6 июня 2011 г. в Wayback Machine , Geophysical Research Letters , 29 января 2009 г.

[5] Семмлинг, AM; Викерт, Дж.; Шён, С.; Стосиус, Р.; Маркграф, М.; Гербер, Т.; Ге, М.; Байерле, Г. (15 июля 2013 г.). «Эксперимент на Цеппелине для изучения воздушной альтиметрии с использованием зеркальных отражений Глобальной навигационной спутниковой системы: ЭКСПЕРИМЕНТ НА ЦЕППЕЛИНЕ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ АЛЬТИМЕТРИИ» . Радионаука . 48 (4): 427–440. дои : 10.1002/rds.20049 .

[6] Риус, Антонио; Карделлах, Эстель; Фабра, Фрэн; Ли, Вэйцян; Рибо, Серни; Эрнандес-Пахарес, Мануэль (2017). «Возможность измерения альтиметрии ледникового покрова GNSS-R в Гренландии с использованием TDS-1» . Дистанционное зондирование . 9 (7): 742. Бибкод : 2017RemS....9..742R . дои : 10.3390/rs9070742 . hdl : 2117/114540 . ISSN 2072-4292 .

[7] Ривас, МБ; Масланик, Дж.А.; Аксельрад, П. (22 сентября 2009 г.). «Бистатическое рассеяние сигналов GPS на арктическом морском льду». Транзакции IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию . 48 (3): 1548–1553. дои : 10.1109/tgrs.2009.2029342 . ISSN 0196-2892 . S2CID 12668682 .

[8] Родригес-Альварес, Нереида; Кэмпс, Адриано; Валь-Илоссера, Мерсе; Бош-Луис, Ксавье; Монеррис, Алессандра; Рамос-Перес, Исаак; Валенсия, Энрик; Марчан-Эрнандес, Хуан Фернандо; Мартинес-Фернандес, Хосе; Барончини-Турриккья, Гвидо; Перес-Гутьеррес, Карлос (2011). «Восстановление наземных геофизических параметров с использованием метода интерференционной картины GNSS-R» . Транзакции IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию . 49 (1): 71–84. Бибкод : 2011ITGRS..49...71R . дои : 10.1109/TGRS.2010.2049023 . ISSN 0196-2892 . S2CID 27516781 .

[9] Ларсон, Кристин М.; Рэй, Ричард Д.; Ниевински, Фелипе; Фреймюллер, Джефф (сентябрь 2013 г.). «Случайный уровнемер» (PDF) . Письма IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию . 10 (5): 1200. doi : 10.1109/LGRS.2012.2236075 . Проверено 22 июня 2024 г.

[10] Ларсон, Кристин М.; Гутманн, Итан; Заворотный, Валерий; Браун, Джон; Уильямс, Марк; Ниевински, Фелипе (сентябрь 2009 г.). «Можем ли мы измерить глубину снега с помощью GPS-приемников» . Письма о геофизических исследованиях . 36 (17). дои : 10.1029/2009GL039430 . Проверено 23 июня 2024 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]