【摘要】：海上溢油事故是海洋中最頻繁、最嚴(yán)重的污染災(zāi)害之一。一旦出現(xiàn)海上溢油事故不僅影響人們的生產(chǎn)生活以及人類的健康,同時(shí)也會(huì)破壞海洋的生態(tài)環(huán)境。當(dāng)今用于監(jiān)測(cè)海上溢油的手段主要是光學(xué)和微波遙感技術(shù),由于光學(xué)遙感技術(shù)存在受天氣的影響,不能全天候的監(jiān)測(cè)海面溢油狀況;微波遙感技術(shù)具有全天候監(jiān)測(cè)海面溢油的能力,但由于其觀測(cè)模式往往是側(cè)視掃描,因此成像存在大量噪點(diǎn)影響溢油檢測(cè)精度且監(jiān)測(cè)成本高。GNSS-R技術(shù)(Global Navigation Satellite System-Reflection)以其豐富的信號(hào)源,在大部分海域都能接收到信號(hào),具有低成本、大范圍、不受天氣環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn),并且能夠提供全天候長期穩(wěn)定的高實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè),可以成為海面溢油監(jiān)測(cè)技術(shù)手段。GNSS反射信號(hào)應(yīng)用是國內(nèi)外遙感探測(cè)領(lǐng)域研究的新熱點(diǎn),其直射信號(hào)可以提供精確的位置信息、精確的時(shí)間信息、精確的導(dǎo)航信息,其反射信號(hào)即經(jīng)過反射面后的信號(hào)將會(huì)攜帶探測(cè)目標(biāo)表面大量的特征信息,其反射信號(hào)的波形、時(shí)延、多普勒頻移都能在反射面上精確映射,由此實(shí)現(xiàn)對(duì)反射面物理特性信息的度量和反演。目前,GNSS-R技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域有土壤濕度檢測(cè)、海冰檢測(cè)、海面測(cè)波高、海面測(cè)高、海面測(cè)風(fēng)、移動(dòng)目標(biāo)探測(cè)等�，F(xiàn)存利用GNSS-R檢測(cè)海面溢油技術(shù)的研究還處于起步階段,并不十分成熟。國外學(xué)者西班牙E.Valencia等人于2011年提出了利用GNSS-R信號(hào)建立的時(shí)延-多普勒?qǐng)D(DDM)對(duì)海面溢油進(jìn)行模擬檢測(cè)的可行性,國內(nèi)研究學(xué)者利用GNSS反射信號(hào)技術(shù)監(jiān)測(cè)海面溢油的研究尚少。前期的研究主要基于GPS MEO軌道衛(wèi)星參數(shù)的反射信號(hào)海面溢油檢測(cè)仿真研究。與GPS等其他現(xiàn)有衛(wèi)星系統(tǒng)不同,北斗系統(tǒng)是我國自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行、開放兼容的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),且由獨(dú)特地IGSO、MEO和GEO三種不同混合星座構(gòu)成,利用北斗三種不同軌道衛(wèi)星的反射信號(hào)對(duì)海域進(jìn)行監(jiān)測(cè)可以形成穩(wěn)固的互補(bǔ)關(guān)系,且在中國海域內(nèi)北斗衛(wèi)星可見時(shí)間長,能為我國海洋環(huán)境的監(jiān)測(cè)提供長期有效的手段。本文為了驗(yàn)證北斗反射信號(hào)(Bei Dou-R)技術(shù)在檢測(cè)海面溢油的可行性,針對(duì)一次真實(shí)海上溢油事故,利用北斗獨(dú)特的混合星座特性,構(gòu)建了北斗IGSO衛(wèi)星和MEO衛(wèi)星岸基監(jiān)測(cè)海面溢油仿真技術(shù)體系。結(jié)合Z-V散射模型和海水/溢油的均方坡度MSS(Mean-Square Slope)模型,建立了能全面反映海面狀況GNSS散射信號(hào)特征的時(shí)延-多普勒?qǐng)DDDM(delay-Doppler map),通過對(duì)比分析仿真的結(jié)果,驗(yàn)證了利用Bei Dou-R技術(shù)可以對(duì)海上溢油事故進(jìn)行檢測(cè)的可行性,并得出北斗MEO衛(wèi)星反演溢油的DDM結(jié)果比IGSO衛(wèi)星反演溢油的DDM結(jié)果能更好地反演海面溢油狀況,增補(bǔ)現(xiàn)存溢油探測(cè)手段,同時(shí)也擴(kuò)展北斗系統(tǒng)海洋應(yīng)用新領(lǐng)域。本文的主要研究內(nèi)容如下:1、詳細(xì)介紹了北斗衛(wèi)星星座、信號(hào)以及反射信號(hào)相關(guān)函數(shù);結(jié)合海面散射信號(hào)的電磁波海面特性,從延遲和多普勒頻移兩個(gè)角度分析了典型的時(shí)延-多普勒二維相關(guān)功率圖原理。2、以導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)測(cè)量海面溢油的幾何關(guān)系為基礎(chǔ),分析海面散射信號(hào)與反射面不同時(shí)延與多普勒頻移間的映射關(guān)系,結(jié)合Z-V模型和海面存在溢油和海水時(shí)的海面均方坡度(MSS)模型,詳細(xì)介紹DDM技術(shù)檢測(cè)海面溢油原理以及鏡面反射點(diǎn)的計(jì)算。3、采用北斗混合星座的技術(shù),詳細(xì)敘述設(shè)計(jì)北斗MEO衛(wèi)星和IGSO衛(wèi)星監(jiān)測(cè)真實(shí)地海上溢油仿真體系,并對(duì)MEO衛(wèi)星和IGSO衛(wèi)星場(chǎng)景下的DDM檢測(cè)溢油的結(jié)果進(jìn)行分析,結(jié)果表明距離鏡面反射點(diǎn)一定范圍之內(nèi)可以有效地分辨出海面溢油污染的區(qū)域。4、本文全面地分析北斗反射信號(hào)監(jiān)測(cè)海面溢油DDM技術(shù),結(jié)合DDM原理,通過對(duì)比與分析兩次DDM反演的結(jié)果可知,在岸基仿真實(shí)驗(yàn)中,MEO衛(wèi)星反演溢油的DDM結(jié)果優(yōu)于IGSO衛(wèi)星反演溢油的DDM結(jié)果,更適合于北斗反射信號(hào)建立的DDM技術(shù)對(duì)海上溢油進(jìn)行檢測(cè)。為今后利用北斗系統(tǒng)監(jiān)測(cè)海洋溢油的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
【圖文】：

第二章 北斗反射信號(hào)技術(shù)理論介航系統(tǒng)是中國自主研發(fā)創(chuàng)新的系統(tǒng)，也是在美國 GPSLONASS 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之后，北斗系統(tǒng)是第三個(gè)擁有航系統(tǒng)[61]。根據(jù)國家制定的“三步走”戰(zhàn)略計(jì)劃，第系統(tǒng)工程建設(shè)，于 2003 年先后發(fā)射了三顆地球靜止正式啟動(dòng)并開始投入北斗二號(hào)系統(tǒng)工程建設(shè)，至 20組網(wǎng)，為亞太地區(qū)用戶提供相關(guān)服務(wù)；第三步是預(yù)計(jì)星的發(fā)射組網(wǎng)，將為全球用戶提供連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的務(wù)；有效服務(wù)于國家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)定位、導(dǎo)

圖 2-2 北斗反射信號(hào)接收機(jī)的總體結(jié)構(gòu)Fig. 2-2 The basic function of BeiDou-R receiver信號(hào)相關(guān)函數(shù)信號(hào)采用直序擴(kuò)頻的通信體制（DSSS），其衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)調(diào)制在一在實(shí)際應(yīng)用中，由于導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射功率的限制，以及長距離的空間成嚴(yán)重的信號(hào)衰減，因此，地面接收機(jī)接收到的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)將掩無法對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行直接功率的測(cè)量，需要增加相關(guān)處理模塊增益，進(jìn)而完成信號(hào)的捕獲跟蹤和測(cè)量。與直射信號(hào)相比，反射信，也需要通過相關(guān)處理來獲得較高的增益后才能進(jìn)行分析[66]。因此，號(hào)進(jìn)行理論模型和波形仿真的研究時(shí)，需要采用相關(guān)函數(shù)和相關(guān)功析。信號(hào)的相關(guān)函數(shù)與直射信號(hào)基本上是相似的，，但是，由于反射面的線
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN967.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李彬彬;張?jiān)?楊樹瑚;洪中華;韓彥嶺;;單天線GNSS反射信號(hào)的積雪厚度反演[J];全球定位系統(tǒng);2016年06期

2 ;《中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)》白皮書[J];衛(wèi)星應(yīng)用;2016年07期

3 石成玉;;淺析石油運(yùn)輸對(duì)我國海洋污染的分析與對(duì)策[J];石化技術(shù);2016年01期

4 曹志;劉駿;代明;樊剛;高力;馬小樸;鐘聲洪;;GPS與BDS系統(tǒng)在中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程中的應(yīng)用[J];廣播與電視技術(shù);2015年09期

5 張?jiān)?郭建京;洪中華;韓彥嶺;;基于GPS反射信號(hào)的岸基海冰探測(cè)研究[J];極地研究;2014年02期

6 程朋根;鄭守住;陳曉勇;夏元平;;GNSS-R技術(shù)在海冰反演中的應(yīng)用[J];測(cè)繪工程;2014年04期

7 邴磊;李圳波;孫芳芳;趙如箱;;衛(wèi)星遙感技術(shù)在青島“11·22”溢油事故中的應(yīng)用[J];中國海事;2014年03期

8 趙少華;張峰;李自杰;姚云軍;朱利;;雷達(dá)遙感在環(huán)境保護(hù)工作中的應(yīng)用[J];微波學(xué)報(bào);2014年01期

9 寧丙文;;環(huán)球職業(yè)安全健康動(dòng)態(tài)[J];勞動(dòng)保護(hù);2013年10期

10 鄭婕;李明;;論海洋體育對(duì)增強(qiáng)國民海洋意識(shí)的作用[J];北京體育大學(xué)學(xué)報(bào);2013年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 賈紫櫻;張波;;海洋溢油DDM探測(cè)模型的修正研究[A];第十屆全國信號(hào)和智能信息處理與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議�？痆C];2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 李克輝;我國突發(fā)性海域溢油危機(jī)處置案例研究[D];大連理工大學(xué);2015年

2 董志;移動(dòng)GIS在土地監(jiān)察執(zhí)法中的應(yīng)用[D];西南交通大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2538002