Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2025, № 12 · RADAR INFORMATION METHODS AND ELEMENTS

Application of global navigation satellite system signals for determining tidal height and snow depth

V.F. Fateev1, V.P. Lopatin1, D.A. Artyushchev1

1 Russian Metrological Instute of Technical Physics and Radio Engineering, Mendeleevo
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2025.12.1 UDC 621.396.969 EDN FKTRHZ

Abstract

The bistatic method, which utilizes signals of Global Navigation Satellite Systems (GNSS) that are reflected from the Earth's surface, demonstrates great potential for determining and monitoring various geophysical parameters of the reflecting surface. This paper focuses on a single specific approach of GNSS reflectometry called the Signal-to-Noise Ratio (SNR) monitoring technique. This method based on observation of periodic oscillations in the SNR value of a sum direct and reflected signal, caused by their alternating in-phase and out-of-phase interference. The study presents the necessary theoretical basis for this method. Primary data from international GNSS stations were processed using this technique to derive tidal heights and snow depth. The results were compared with data obtained by traditional measurement methods. The comparison demonstrates a high correlation coefficient exceeding 0.8 and an accuracy at the level of a few centimeters. These findings confirm the suitability of the GNSS-based bistatic radar method for applications in tidal height and snow depth estimation.

  • BISTATIC radar
  • global navigation satellite systems
  • GNSS reflectometry
  • tide gauge
  • tides
  • snow depth
Аннотация (на русском)

Применение сигналов глобальных навигационных спутниковых систем для определения высоты приливов и глубины снега

Бистатический метод, использующий отраженные от поверхности Земли сигналы глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), может быть использован для определения и мониторинга различных геофизических параметров отражающей поверхности. В данной статье рассматривается метод контроля отношения «сигнал/шум», являющийся одним из методов бистатической радиолокации по сигналам ГНСС (ГНСС-рефлектометрии), представляющий собой наблюдение за периодическими колебаниями отношения «сигнал/шум» принятой смеси прямого и отраженного сигналов, вызванных попеременным сложением этих сигналов в фазе и в противофазе. В работе приведены необходимые теоретические зависимости, описывающие этот метод. Обработаны первичные данные с зарубежных ГНСС-станций рассматриваемым методом, получены высоты приливов и глубины снежного покрова, а также приводится сравнение этих данных с данными, полученными традиционными методами. Сравнение данных демонстрирует коэффициент корреляции выше 0,8 и погрешность на уровне единиц сантиметров, что подтверждает пригодность бистатического метода, использующего сигналы ГНСС, для решения задач определения высоты приливов и глубины снежного покрова.

For citation

Fateev V.F., Lopatin V.P., Artyushchev D.A. Application of global navigation satellite system signals for determining tidal height and snow depth // Journal of Radio Electronics. – 2025. – No. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.12.1

References

  1. Jin S., Camps A., Jia Y. et al. Remote sensing and its applications using GNSS reflected signals: advances and prospects. Satell Navig - 2024. - №. 5 (19). https://doi.org/10.1186/s43020-024-00139-4
  2. Лопатин В. П., Мурзабеков М. М., Бобров Д. С. Метод определения высот геоида с помощью бортовой бистатической системы наноспутника на основе сигналов ГНСС //Альманах современной метрологии. - 2023. - №. 4(36). - С. 44-57.
  3. Yan Q. and Huang W., Sea ice remote sensing using GNSS-R: A review //Remote Sensing. - 2019. - T. 11 - №. 21. - C. 2565.
  4. Munoz-Martin J. F. et al. Soil moisture estimation synergy using GNSS-R and L-Band microwave radiometry data from FSSCat/FMPL-2 //Remote Sensing. - 2021. - Т. 13. - №. 5. - C. 994.
  5. Миронов В. Л., Михайлов М. И. и др. Измерение влажности и высоты посевов сельскохозяйственных полей с использованием приемника сигналов ГЛОНАСС и GPS // Сибирский аэрокосмический журнал. - 2014. - №4 (56). - С. 88-97.
  6. Artiushchev D. A. and Lopatin V. P., "Estimation of Water Objects Boundaries Using Bistatic GNSS Receiver", 2024 IEEE 3rd International Conference on Problems of Informatics, Electronics and Radio Engineering (PIERE), Novosibirsk, Russian Federation. - 2024. - C. 10-13.
  7. Обзор состояния и работы гидрологической сети в арктической зоне российской федерации за 2024 год https://aari.ru/assets/files/93/8xpfhw-93-obzor-gidrologicheskoy-seti-azrf-2024.pdf
  8. Перов А.И., Харисов В.Н. и др. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования// Радиотехника, 2010.
  9. Semmling A.M. et al., Sea-ice concentration derived from GNSS re ection measurements in Fram Strait, IEEE Trans. Geosci. RemoteSens. - 2019 - T. 57. - №. 12 - C. 10350-10361.
  10. Cardellach E., Fabra F., Rius A., Pettinato S. D'Addio S. Char-acterization of dry-snow sub-structure using GNSS re ected signals, Remote Sens. Environ. - 2012 - T. 124. - C. 122-134.