北斗反射信号海面高度的反演技术研究

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1、学校代码：10264研究生学号：M130551816上海海洋大学硕士学位论文北斗反射信号海面高度的题目：反演技术研究专业：计算机技术（工程）研究方向：导航遥感姓名：田露满指导教师：张云二O一六年五月二十三日上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学硕士学位论文答辩委

2、员会成员名单姓名工作单位职称备注刘广钟上海海事大学信息工程学院教授组长陈明上海海洋大学信息学院教授委员冯国富上海海洋大学信息学院副教授委员答辩地点信息学院306答辩日期2016.5.23上海海洋大学硕士学位论文北斗反射信号海面高度的反演技术研究摘要GNSS反射信号的应用（GNSS-R）是一个新兴的技术领域，由于其低成本，多信号源，全天候，宽覆盖等特点，自1993年以来得到了世界各国的关注。目前海面测高，海冰检测，海面波高，溢油监测等是GNSS-R技术的主要应用。海面平均高度是影响人类生活和生产重要的海洋物理参数之一。海面测高技术是GNSS-R重要的应用之一，它对于研究全球气候变化有着

3、极其重要的意义。目前，GNSS-R海面测高主要有两种方法：1.伪码测高；2.载波测高；而载波测高又可分为载波延迟测高，载波频率测高和载波干涉测高。很多研究机构已经在这个领域取得了卓越的成就。但是，这些研究大都是利用的是GPSL1信号和GalileoE1信号，这些信号大多来源于高速度运转的中地球轨道（MEO）卫星，接收机，卫星信号和镜面反射点之间不能有稳定的几何关系。和现有的其他卫星系统相比，我国自主研发的北斗卫星导航系统，现在已经日渐趋于成熟，北斗系统与GPS系统不同，它是由同步地球轨道(GEO)卫星、MEO卫星和倾斜地球轨道（IGSO）卫星组成的混合星座，在亚太地区有更好的覆盖率。

4、不仅如此，其所具有的星座GEO具有相对静止的特点，其高度角变化率较低，可以提供一个相对稳定的几何关系，这些特点使其将在GNSS-R研究领域具有重要的地位。近几年，国内学者对于北斗反射事件的研究相对较少。李伟强等人利用北斗GEO反射信号进行了海风实验取得很好的精度，而目前还没有研究证明利用北斗反射信号海面高度反演的可行性。本文将重点对北斗反射信号伪码测高可行性进行深入研究。在过去的两年里，我们团队已经成功地利用GPS反射信号进行高度反演实验，并改进我们的现有的反射信号软件接收机的处理速度。而基于这些成功实验以及扎实的基础知识，我们进行了利用北斗反射信号进行多次测高实验，本文介绍了比较具

5、有代表性的北斗反射信号滴水湖湖面测高实验和在大洋山实验基地的海面测高实验，并首次利用北斗反射信号软件接收机对北斗直射信号和两路反射信号（左旋圆极化和右旋圆极化两路反射信号）进行海面绝对高度的反演，通过对大量有益的数据的分析，验证了岸基北斗反射信号海面测高的可行性。结果表明，利用北斗GEO反射左旋圆极化信号进行海面测高更具稳定性和精确性。I上海海洋大学硕士学位论文本文的主要研究内容如下：1、详细介绍了北斗星座概况以及信号组成原理、结合北斗直射信号与反射信号的跟踪捕获原理，介绍了北斗直射和反射信号相关功率的计算；2、结合电磁波特性以及其反射性质，反射面（假设地球表面为水平，不考虑地球曲率

6、）上的北斗反射信号高度反演模型进行公式推导。介绍了利用北斗卫星信号进行伪码测高的基本原理，最后详细介绍镜面反射点的计算。3、采用北斗GEO和IGSO卫星的D-RHCP（直射右旋圆极化信号），R-LHCP（反射左旋圆极化信号）和R-RHCP（反射右旋圆极化信号）进行滴水湖湖面的伪码测高。经过湖面实验数据分析，我们知道了北斗GEO卫星反射信号的测高结果均方根为0.11米，而IGSO反射信号的为1.61米。4、在湖面实验的基础上，利用IGSO和GEO卫星的D-RHCP，R-LHCP，和R-RHCP信号进行长达28小时的海面的测高实验，分析其中的可能存在的误差，将北斗GEO信号和IGSO反射

7、信号，R-LHCP和R-RHCP得到信号进行横向纵向对比分析。得到北斗GEO卫星的反射左旋极化信号测得数据的均方根为0.37米，远远高于从IGSO左旋圆极化计算的精度。经过对比分析，我们得出。在岸基海面测高的实验中，GEO比IGSO的测高精度要高，更适合进行长时间的定性的测高实验。当然对于机载实验，由于多径效应的影响，其结论可能是不同的。关键词：北斗反射信号，海面高度，GEO，伪码，湖面测高，海面测高II上海海洋大学硕士学位论文ResearchontheO