本文關(guān)鍵詞：北斗反射信號海面高度的反演技術(shù)研究

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【摘要】：GNSS反射信號的應(yīng)用(GNSS-R)是一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域,由于其低成本,多信號源,全天候,寬覆蓋等特點(diǎn),自1993年以來得到了世界各國的關(guān)注。目前海面測高,海冰檢測,海面波高,溢油監(jiān)測等是GNSS-R技術(shù)的主要應(yīng)用。海面平均高度是影響人類生活和生產(chǎn)重要的海洋物理參數(shù)之一。海面測高技術(shù)是GNSS-R重要的應(yīng)用之一,它對于研究全球氣候變化有著極其重要的意義。目前,GNSS-R海面測高主要有兩種方法:1.偽碼測高;2.載波測高;而載波測高又可分為載波延遲測高,載波頻率測高和載波干涉測高。很多研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域取得了卓越的成就。但是,這些研究大都是利用的是GPS L1信號和Galileo E1信號,這些信號大多來源于高速度運(yùn)轉(zhuǎn)的中地球軌道(MEO)衛(wèi)星,接收機(jī),衛(wèi)星信號和鏡面反射點(diǎn)之間不能有穩(wěn)定的幾何關(guān)系。和現(xiàn)有的其他衛(wèi)星系統(tǒng)相比,我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),現(xiàn)在已經(jīng)日漸趨于成熟,北斗系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)不同,它是由同步地球軌道(GEO)衛(wèi)星、MEO衛(wèi)星和傾斜地球軌道(IGSO)衛(wèi)星組成的混合星座,在亞太地區(qū)有更好的覆蓋率。不僅如此,其所具有的星座GEO具有相對靜止的特點(diǎn),其高度角變化率較低,可以提供一個(gè)相對穩(wěn)定的幾何關(guān)系,這些特點(diǎn)使其將在GNSS-R研究領(lǐng)域具有重要的地位。近幾年,國內(nèi)學(xué)者對于北斗反射事件的研究相對較少。李偉強(qiáng)等人利用北斗GEO反射信號進(jìn)行了海風(fēng)實(shí)驗(yàn)取得很好的精度,而目前還沒有研究證明利用北斗反射信號海面高度反演的可行性。本文將重點(diǎn)對北斗反射信號偽碼測高可行性進(jìn)行深入研究。在過去的兩年里,我們團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功地利用GPS反射信號進(jìn)行高度反演實(shí)驗(yàn),并改進(jìn)我們的現(xiàn)有的反射信號軟件接收機(jī)的處理速度。而基于這些成功實(shí)驗(yàn)以及扎實(shí)的基礎(chǔ)知識,我們進(jìn)行了利用北斗反射信號進(jìn)行多次測高實(shí)驗(yàn),本文介紹了比較具有代表性的北斗反射信號滴水湖湖面測高實(shí)驗(yàn)和在大洋山實(shí)驗(yàn)基地的海面測高實(shí)驗(yàn),并首次利用北斗反射信號軟件接收機(jī)對北斗直射信號和兩路反射信號(左旋圓極化和右旋圓極化兩路反射信號)進(jìn)行海面絕對高度的反演,通過對大量有益的數(shù)據(jù)的分析,驗(yàn)證了岸基北斗反射信號海面測高的可行性。結(jié)果表明,利用北斗GEO反射左旋圓極化信號進(jìn)行海面測高更具穩(wěn)定性和精確性。本文的主要研究內(nèi)容如下:1、詳細(xì)介紹了北斗星座概況以及信號組成原理、結(jié)合北斗直射信號與反射信號的跟蹤捕獲原理,介紹了北斗直射和反射信號相關(guān)功率的計(jì)算;2、結(jié)合電磁波特性以及其反射性質(zhì),反射面(假設(shè)地球表面為水平,不考慮地球曲率)上的北斗反射信號高度反演模型進(jìn)行公式推導(dǎo)。介紹了利用北斗衛(wèi)星信號進(jìn)行偽碼測高的基本原理,最后詳細(xì)介紹鏡面反射點(diǎn)的計(jì)算。3、采用北斗GEO和IGSO衛(wèi)星的D-RHCP(直射右旋圓極化信號),R-LHCP(反射左旋圓極化信號)和R-RHCP(反射右旋圓極化信號)進(jìn)行滴水湖湖面的偽碼測高。經(jīng)過湖面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,我們知道了北斗GEO衛(wèi)星反射信號的測高結(jié)果均方根為0.11米,而IGSO反射信號的為1.61米。4、在湖面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,利用IGSO和GEO衛(wèi)星的D-RHCP,R-LHCP,和R-RHCP信號進(jìn)行長達(dá)28小時(shí)的海面的測高實(shí)驗(yàn),分析其中的可能存在的誤差,將北斗GEO信號和IGSO反射信號,R-LHCP和R-RHCP得到信號進(jìn)行橫向縱向?qū)Ρ确治�。得到北斗GEO衛(wèi)星的反射左旋極化信號測得數(shù)據(jù)的均方根為0.37米,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于從IGSO左旋圓極化計(jì)算的精度。經(jīng)過對比分析,我們得出。在岸基海面測高的實(shí)驗(yàn)中,GEO比IGSO的測高精度要高,更適合進(jìn)行長時(shí)間的定性的測高實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然對于機(jī)載實(shí)驗(yàn),由于多徑效應(yīng)的影響,其結(jié)論可能是不同的。
【關(guān)鍵詞】：北斗反射信號 海面高度 GEO 偽碼 湖面測高 海面測高
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN967.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 引言10-16
• 1.1 北斗反射信號研究背景及意義10-12
• 1.2 導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號海面測高國內(nèi)外研究12-14
• 1.3 主要任務(wù)14
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)14-16
• 第二章 北斗信號的接收與處理16-23
• 2.1 北斗星座簡介16-17
• 2.2 北斗信號結(jié)構(gòu)17-18
• 2.3 北斗信號處理18-22
• 2.3.1 北斗信號的捕獲18-19
• 2.3.2 北斗信號的跟蹤19-21
• 2.3.3 反射信號互相關(guān)函數(shù)21-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第三章 北斗反射信號測高原理23-32
• 3.1 電磁波原理23-27
• 3.1.1 電磁波定義23
• 3.1.2 電磁波類型23-24
• 3.1.3 電磁波極化24-25
• 3.1.4 電磁波反射25-27
• 3.2 反射信號測高幾何關(guān)系模型27-28
• 3.3 碼相位測高28-29
• 3.4 鏡面反射點(diǎn)29-31
• 3.5 本章小結(jié)31-32
• 第四章 北斗反射信號地基海面測高實(shí)驗(yàn)32-49
• 4.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置32-35
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)場景參數(shù)32
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備參數(shù)32-35
• 4.2 湖面?zhèn)未a相位延遲測高35-42
• 4.2.1 數(shù)據(jù)采集35-36
• 4.2.2 衛(wèi)星選取及鏡面反射點(diǎn)的計(jì)算36-37
• 4.2.3 數(shù)據(jù)處理37-40
• 4.2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析40-42
• 4.3 大洋山海面測高實(shí)驗(yàn)42-47
• 4.3.1 數(shù)據(jù)采集42-44
• 4.3.2 衛(wèi)星選取44-45
• 4.3.3 數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析45-47
• 4.4 結(jié)論47-49
• 第五章 總結(jié)與展望49-51
• 參考文獻(xiàn)51-56
• 附錄56-57
• 致謝57-58

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：1033784