GNSS海面高度反演技术研究

本项目主要研究GNSS反射信号海面高度反演技术。通过跟踪国内外对导航卫星反射信号研究方向的技术进展，同时结合本单位现有的卫星导航定位技术和已开展的基于导航卫星反射信号遥感技术的相关研究基础，建立起导航卫星反射信号源仿真系统，建立相应的海面测高模型，解决低信噪比情况下反射信号的有效接收问题，确定反射信号捕获、跟踪及路径延迟的高精度算法，推算海面高度信息。根据反射信号与直射信号协同处理算法，建立海面高度计算反演系统。利用开发的导航卫星反射信号源仿真系统，以及延迟映射接收机等硬件系统构成半实物仿真环路，进行硬件环境仿真试验，分析、验证并优化基于GNSS导航卫星反射信号的海面高度反演算法各项设计指标和技术参数。

GNSS-R(Global Navigation Satellite System-Reflection)被广泛应用于地球物理特征的遥感反演中，如海面高度测量、有效波高测量等方面。基于GNSS-R的海面测高技术可以用来监控由于全球变暖所引起的海平面的升高，对于人类的生产以及社会活动具有重要意义。本课题研究海面高度测量模型和反射信号接收处理平台以实现海面高度测量。. 本报告首先介绍了GNSS反射信号测高技术原理，分析了GNSS信号组成，论述了GNSS海面反射信号特性，接着研究分析了基于GNSS反射信号的测高方法，包括基于码延迟，载波相位以及载波频率的三个模型，并给出了原理论述。. 然后，本报告根据海面反射区域的几何关系、天线覆盖区以及时延多普勒区域建立了基于GNSS反射信号的海面测高模型，详细研究分析了基于GNSS反射信号的测高精度模型，并对反射信号测高精度进行了需求分析。. 本报告重点研究了基于码相位和基于干涉处理技术的海面测高关键技术与方法，并根据之前测高精度需求分析提出了岸基和星载条件下，几种不同的测高精度增强方法。. 接着，本报告设计了基于GNSS反射信号的海面测高反演接收处理平台，包括信号实时处理后端和信号后处理软件，利用上述测高反演模型设计和实现了测高软件反演界面，并对其进行了详细的描述。. 而后，本报告利用实测数据对提出的测高模型及设计的海面测高反演平台进行了实验验证，包括岸基条件下基于码相位的海面测高关键技术验证、基于干涉处理技术的海面测高关键技术验证，以及基于星载条件下UK-DMC数据验证。实测数据处理结果表明，传统方法的测高精度为1m，基于干涉处理技术得到的测高精度可达0.5m，基于干涉处理技术的海面测高模型对于增强测高精度具有一定的意义。. 最后，本报告研究了海洋反射信号建模方法，在此基础上设计、初步实现了海洋反射信号软件模拟器，并利用反射信号接收机验证了反射信号模拟软件产生的信号的正确性。测试结果表明，Z-V模型仿真结果和模拟器产生的反射信号处理结果相吻合，相关系数优于0.99。