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Reflectometría GNSS

Diagrama del sistema GNSS-R

La reflectometría GNSS (o GNSS-R) implica realizar mediciones a partir de las reflexiones de la Tierra de las señales de navegación de los sistemas de navegación por satélite globales como el GPS . La idea de utilizar señales GNSS reflejadas para la observación de la Tierra fue propuesta por primera vez en 1993 por Martin-Neira. [1] También fue investigada por investigadores del Centro de Investigación Langley de la NASA [2] y también se conoce como reflectometría GPS .

La reflectometría GNSS es una detección pasiva que aprovecha y depende de múltiples fuentes activas, siendo los satélites los que generan las señales de navegación. Para ello, el receptor GNSS mide el retardo de la señal del satélite ( medición de pseudodistancia ) y la tasa de cambio de la distancia entre el satélite y el observador ( medición Doppler ). El área de superficie de la señal GNSS reflejada también proporciona los dos parámetros de retardo temporal y cambio de frecuencia . Como resultado, se puede obtener el Mapa Doppler de Retardo (DDM) como observable GNSS-R. La forma y la distribución de potencia de la señal dentro del DDM están dictadas por dos condiciones de la superficie reflectante: sus propiedades dieléctricas y su estado de rugosidad . La derivación posterior de información geofísica se basa en estas mediciones.

La reflectometría GNSS es un radar biestático , en el que el transmisor y el receptor están separados por una distancia significativa. Dado que en la reflectometría GNSS un receptor puede rastrear simultáneamente varios transmisores (es decir, satélites GNSS), el sistema también tiene la naturaleza de un radar multiestático. El receptor de la señal GNSS reflejada puede ser de diferentes tipos: estaciones terrestres, mediciones de barcos, aviones o satélites, como el satélite UK-DMC , parte de la Constelación de Monitoreo de Desastres construida por Surrey Satellite Technology Ltd. Llevaba una carga útil de reflectometría secundaria que ha demostrado la viabilidad de recibir y medir señales GPS reflejadas desde la superficie de los océanos de la Tierra a partir de su seguimiento en la órbita terrestre baja para determinar el movimiento de las olas y la velocidad del viento. [3] [4]

Las aplicaciones de investigación del GNSS-R basado en el espacio se centran en las siguientes áreas:

Se han utilizado datos de la misión Cyclone Global Navigation Satellite System (CYGNSS) para investigar muchas de estas áreas.

Geometría del GNSS-IR

La reflectometría interferométrica GNSS (o GNSS-IR) es un caso especializado de GNSS-R. En este caso, el instrumento receptor se encuentra en la superficie de la Tierra. En esta técnica, se utiliza la interferencia de las señales directas y reflejadas en lugar de un mapa Dopper de retardo o la medición de las dos señales por separado. En el ejemplo que se muestra, una antena GNSS se encuentra a unos 2,5 metros por encima de una superficie plana. Se muestran tanto las señales GNSS directas (azules) como las reflejadas (rojas). A medida que un satélite GNSS asciende o se pone, el ángulo de elevación cambia; las señales directas y reflejadas generarán un patrón de interferencia. La frecuencia de este patrón de interferencia se puede utilizar para extraer la altura de la antena por encima de la superficie plana, la altura del reflector. Los cambios en la altura del reflector se pueden utilizar directamente para medir las superficies de agua [9] y la altura de la nieve. [10]

Referencias

  1. ^ Martín-Neira, M. "Un sistema pasivo de reflectometría e interferometría (PARIS): Aplicación a la altimetría oceánica". ESA Journal . 17 (4): 331–355.
  2. ^ ab Komjathy, A.; Maslanik, J.; Zavorotny, VU; Axelrad, P .; Katzberg, SJ (2000). "Teledetección del hielo marino mediante señales GPS reflejadas en la superficie". IGARSS 2000. IEEE 2000 International Geoscience and Remote Sensing Symposium. Tomando el pulso al planeta: el papel de la teledetección en la gestión del medio ambiente. Actas (Cat. No.00CH37120) . Vol. 7. Honolulu, HI, EE. UU.: IEEE. págs. 2855–2857. doi :10.1109/IGARSS.2000.860270. hdl : 2060/20020004347 . ISBN . 978-0-7803-6359-5.S2CID62042731  .​
  3. ^ ab Gleason, S.; Hodgart, S.; Yiping Sun; Gommenginger, C.; MacKin, S.; Adjrad, M.; Unwin, M. (2005). "Detección y procesamiento de señales GPS reflejadas biestáticamente desde la órbita baja de la Tierra con el propósito de teledetección oceánica". IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing . 43 (6): 1229–1241. Bibcode :2005ITGRS..43.1229G. doi :10.1109/TGRS.2005.845643. S2CID  6851145.
  4. ^ MP Clarizia et al. , Análisis de mapas de retardo Doppler GNSS-R del satélite UK-DMC sobre el océano Archivado el 6 de junio de 2011 en Wayback Machine . Geophysical Research Letters , 29 de enero de 2009.
  5. ^ Semmling, AM; Wickert, J.; Schön, S.; Stosius, R.; Markgraf, M.; Gerber, T.; Ge, M.; Beyerle, G. (15 de julio de 2013). "Un experimento con zeppelin para estudiar la altimetría aerotransportada utilizando reflexiones especulares del Sistema Global de Navegación por Satélite: UN EXPERIMENTO CON ZEPPELIN PARA ESTUDIAR LA ALTIMETRÍA AEROTRANSPORTADA". Radio Science . 48 (4): 427–440. doi : 10.1002/rds.20049 .
  6. ^ Ríos, Antonio; Cardellach, Estel; Fabra, Fran; Li, Weiqiang; Ribó, Serni; Hernández-Pajares, Manuel (2017). "Viabilidad de la altimetría de la capa de hielo GNSS-R en Groenlandia utilizando TDS-1". Teledetección . 9 (7): 742. Código bibliográfico : 2017RemS....9..742R. doi : 10.3390/rs9070742 . hdl : 2117/114540 . ISSN  2072-4292.
  7. ^ Rivas, MB; Maslanik, JA; Axelrad, P. (22 de septiembre de 2009). "Dispersión biestática de señales GPS en el hielo marino del Ártico". IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing . 48 (3): 1548–1553. doi :10.1109/tgrs.2009.2029342. ISSN  0196-2892. S2CID  12668682.
  8. ^ Rodríguez-Álvarez, Nereida; Campamentos, Adriano; Vall-llossera, Mercè; Bosch-Lluís, Xavier; Monerris, Alessandra; Ramos-Pérez, Isaac; Valencia, Enric; Marchán-Hernández, Juan Fernando; Martínez-Fernández, José; Baroncini-Turricchia, Guido; Pérez-Gutiérrez, Carlos (2011). "Recuperación de parámetros geofísicos terrestres mediante la técnica del patrón de interferencia GNSS-R". Transacciones IEEE sobre geociencia y teledetección . 49 (1): 71–84. Código Bib : 2011ITGRS..49...71R. doi :10.1109/TGRS.2010.2049023. ISSN  0196-2892. S2CID  27516781.
  9. ^ Larson, Kristine M.; Ray, Richard D.; Nievinski, Felipe; Freymueller, Jeff (septiembre de 2013). "The Accidental Tide Gauge" (PDF) . IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters . 10 (5): 1200. doi :10.1109/LGRS.2012.2236075. hdl :2060/20140013285 . Consultado el 22 de junio de 2024 .
  10. ^ Larson, Kristine M.; Gutmann, Ethan; Zavorotny, Valery; Braun, John; Williams, Mark; Nievinski, Felipe (septiembre de 2009). "Podemos medir la profundidad de la nieve con receptores GPS". Geophysical Research Letters . 36 (17). Código Bibliográfico :2009GeoRL..3617502L. doi :10.1029/2009GL039430 . Consultado el 23 de junio de 2024 .

Lectura adicional

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