天空海一体化导航与探测创新团队沈祎凡副教授、王强讲师论文分获中国卫星导航定位协会2023年度与2024年度优秀博士论文,指导教师为创新团队负责人郑伟教授。
77779193永利官网沈祎凡副教授的博士论文《基于人工智能算法融合GNSS和GRACE卫星数据提高陆地水储量变化反演精度的方法和应用》结合人工智能算法与GNSS和GRACE数据,提出提高陆地水储量变化(TWSA)反演精度的方法。主要创新点包括:
(1)提出新型相关性特征提取修正法(CFECM)。基于CFECM提取方法对GNSS序列的趋势特征提取,准确性达97.87。在序列季节项的提取中,CFECM也明显优于EMD特征提取方法,CFECM的平均NCC均值为0.83,较EMD平均提高了58.10%;
(2)提出新型机器学习负载反演法(MLLIM)。基于MLLIM的反演结果可以准确地探测出研究区内TWSA周年变化的凸起位置,且其凸起位置与GRACE Mascon和GLDAS结果一致。基于MLLIM反演结果与GRACE和GRACE-FO的PCC分别为0.91和0.88,R2分别为0.71和0.58,较传统GNSS反演法在PCC和R2的指标上平均提高7.98%和9.30%;
(3)提出新型深度学习负载反演法(DWLIM)。基于DWLIM可有效地反演出中国区域周年振幅的凸起位置,并较大程度减弱了圆盘拓展半径不足所带来的斑点效应。基于DWLIM反演结果与GRACE和GLDAS结果进行对比,结果表明:其间的最大PCC、NSE和RMSE分别达0.81、0.62和2.18cm,较传统GNSS反演方法在PCC、NSE和RMSE指标上分别平均提高了67.11%、128.15%和22.75%。
该博士论文提出的CFECM方法可有效地分离出GNSS信号中的特征序列,且较传统EMD分解方法具有明显提高。文章所提出的MLLIM和DWLIM分别结合机器学习和深度学习的算法对中国西南地区和中国区域进行反演。与此同时,基于MLLIM和DWLIM也大幅度地抑制了圆盘拓展效应所引发的斑点效应问题。且基于MLLIM和DWLIM反演的TWSA结果对GRACE和GRACE-FO之间的空缺时段可起到辅助填补效果,同时反演结果对于分析区域水资源管理具有重要意义。
77779193永利官网王强讲师的博士论文《基于深度学习的GNSS-R海面高度反演模型研究》针对星载GNSS-R技术在海面高度反演中的应用开展研究,提出了一系列基于深度学习的创新方法。主要创新点包括:
(1)提出新型机器学习加权平均融合特征提取法(MLWAFFE)。以波罗的海机载实验数据为例,构建了以机载时延波形为输入,相应海面高度为输出的 MLWAFFE反演方法,并分析了不同信息细节的特征集对海面高度反演精度的影响,显著提高了海面高度反演精度,平均绝对误差(MAD)为0.25 m。
(2)提出网格搜索多隐层神经网络特性优化法(GSMHLFO)。针对星载GNSS-R海面测高误差模型较为复杂,精度受到制约的问题,构建了以TDS-1卫星的时延波形数据、元数据、大气延迟、海面风速等信息为输入,相应的海面高度为输出的GSMHLFO反演方法。较HALF单点重跟踪法在MAD、RMSE和PCC性能指标上分别提高了32.86%、25.00%和8.99%。
(3)提出新型残差多模态深度学习法(MRMDL)。针对传统的星载GNSS-R海面高度反演方法难以利用全部DDM信息的问题,为了增加DDM的可利用信息,顾及输入数据的异质性,以CYGNSS星载GNSS-R数据为例,提出了可以利用整个DDM信息的MRMDL反演法,实现了更高精度的海面高度反演,相关系数可达0.98。
该博士论文为星载GNSS-R海面高度反演的理论与方法提供了重要参考,为未来厘米级精度的全球海面测高任务奠定了基础,对提升潜器重力匹配导航精度具有重要意义。
天空海一体化导航与探测创新团队负责人哈尔滨工业大学(威海)空间遥感与海洋测绘研究院郑伟院长入选国家级高层次人才工程、俄罗斯工程院院士、“兴辽英才”攀登学者科技创新领军人才、“草原英才”工程高层次人才、湖北省新世纪高层次人才工程、中科院青年创新促进会计划等;担任中国惯性技术学会理事和天空海一体化导航与探测专委会主任、中国测绘学会理事、中国地球物理学会理事和航空航天地球物理专委会副主任、中国电子学会青年科学家俱乐部理事、中国指挥与控制学会空天安全平行系统专委会副主任、中国自动化学会平行控制与管理专委会副主任,《Remote Sensing》(SCI)、《Applied Geophysics》(SCI)、《中国惯性技术学报》(EI)、《中国空间科学技术》等期刊编委和《大地测量与地球动力学丛书》编委,澳大利亚纽卡斯尔大学博士学位论文评审专家、国家重点研发计划会评专家组长、国家高分专项重力评审专家组长等30余项;第一/通讯作者发表论文150余篇(SCI收录110余篇);第一作者在《科学出版社》和《国防工业出版社》出版学术专著5部(国家/国防出版基金资助);第一发明人授权国家发明专利36项;第一完成人获英国伦敦国际发明铂金奖、瑞士日内瓦国际发明银奖、中国测绘科技进步一等奖(3项)、辽宁省科技进步一等奖、中国专利优秀奖、中国发明创业创新一等奖、湖北省自然科学二等奖、河南省科技进步二等奖、中国地球物理科技进步二等奖、中国生产力促进创新发展二等奖、中科院卢嘉锡青年人才奖、傅承义青年科技奖、刘光鼎地球物理青年科技奖、十佳中国电子学会优秀科技工作者奖、中国青年测绘地理信息科技创新人才奖、中国地球物理科技创新奖、中国产学研合作创新奖、中国发明创业人物奖、中国航天科技集团钱学森空间技术实验室技术创新奖等30余项;主持科技委前沿科技创新项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金青年项目(结题特优)、面上项目和重点项目、中科院知识创新工程重要方向青年人才项目、日本JSPS项目、国家留学人员科技择优资助基金等30余项;研究成果获西班牙科学院、澳大利亚纽卡斯尔大学等41个航天、测绘、海洋、国防部门应用。