基于GNSS-R的海面移动目标遥感探测关键问题研究

With the increasing development of the global national economy, maritime transport and the marine environment is facing increasingly serious security threat. To achieve all-weather, real-time and rapid monitoring for ships, it is urgent needs to develop new sources of information to supplement the traditional means of monitoring, especially for highly moving target. The goal of this project is to achieve ship's real-time location and target detection. The key issues include code delay and Doppler shift relative power (DDM) convert to the actual physical domain based on GNSS-R, domain conversion ambiguity problem, the sea moving targets positioning, the impact factor of effective detection resolution for moving targets. The results can provide theoretical support for ship targets for the real-time monitoring and solving the difficult issues of obtain real-time information for the ocean.

随着国家经济日益向全球化方向发展，海洋运输和海洋环境面临着日益严重的安全威胁。特别是对于船舶等移动性较强的目标，迫切需要拓展新的信息源来对传统监测手段进行补充，实现船舶等移动目标的全天候、实时性、快速性的监控。本项目以海面船舶等移动目标的实时探测和定位为出发点，从星载GNSS-R码时间延迟和多普勒频移的相关功率（DDM）到实际物理域转换、域间转换模糊度问题、海面移动目标的精确定位、影响移动目标有效探测的分辨率等关键问题展开研究，提出实现海面移动目标实时探测和定位的方法，为海面船舶等移动目标实时信息获取及监测提供理论支持。

针对目前海上移动目标存在的实时监控难问题，提出将GNSS-R 遥感数据源融入到海上船舶监控系统中，与原有的监控手段一起，可实现对海上移动目标的立体式、全天候、实时性、快速性的监控。项目以海面船舶等移动目标的实时探测和定位为出发点，提出了实现海面移动目标实时探测和定位的方法，研究结果为远海船舶等移动目标实时信息获取、海面移动目标的实时监测提供理论支持。首先进行GNSS-R目标反射信号模型和机理研究，研究了GNSS-R相关的功率谱和Z-V模型，建立GNSS卫星、LEO卫星与反射点的模型，提出了GNSS-R卫星导航反射信号镜面反射点的快速预测方法，所提出的镜面反射点的快速预测方法可以有效的实现星载接收机对弱反射信号的快速捕获，可提高星载接收机的数据处理速度。以星载GNSS-R接收机所获得的时间延迟和多普勒频移功率（DDM）波形为基础，构建了DD域与物理域转换的数学关系模型，针对从DD域转换为物理域时存在的转换模糊度问题，提出了解决模糊度问题方法以实现海面目标的有效反演；提出在信号调制功率、互相关等方面具有良好性能的广义二进制偏移载波的信号调制方式，以有效的减少与其他信号的干扰，同时可以提高海面船舶目标探测的分辨率。最后，在多发射机和多接收机等不同模式下，提出了基于码时间延迟和多普勒频移的海上移动目标定位方法，以及评价海面移动目标探测精度的空间几何精度因子GDOP，并进行GPS和BDS的船舶目标定位分析。将GNSS-R的定位方式引入到多传感器等组成的大范围、全方位船舶动态立体监测系统中，对我国海洋国家安全和战略具有重要的现实意义。