免费论文：基于GPS散射信号的海面高度测量技术

海洋约占地球表面面积的71%，精确的海洋信息会给地球科学领域的众多研究带来好处，比如，测量海面高度的技术可用于海洋漩涡的研究。海洋漩涡在洋流动态和大气热传导中扮演着重要角色，进而影响着全球气候的变化。此外，我国是一个海洋大国，海洋面积约为陆地面积的1/3。海洋信息对于我国预报海洋灾难、保障海上交通、发展海洋经济等具有重要的现实意义。传统的获取海洋信息的方法主要来源于浮标和船只的测量；随着遥感技术的发展，通过卫星获取海洋信息的方法也逐渐成熟起来。但是以上方法提供的数据量小、空间和时间覆盖率低，因此需要研究其他的替代技术已提供所需的大量数据。 全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite Systems, GNSS）是空间技术、通信技术、微电子技术等相结合的产物，能够全天候、全天时的为陆、海、空、天的各类载体提供高精度的位置、速度和时间信息。此外，GNSS还提供了高稳定的电磁辐射信号，已成功的用于大气温度、湿度以及电离层监测、气象预报等新的领域。以上这些都是基于GNSS 直射信号的应用。GNSS-R（GNSS Reflection）是利用海洋、陆地等目标反射的GNSS信号实现目标特征提取的技术。GNSS-R技术具有可用信号源丰富、系统实现简单等优点。在以上背景下，本文研究了“基于GPS散射信号的海面高度测量技术”这一课题。 本文的主要工作包括以下几个方面：1. 详细分析了海面散射GPS信号的ZV模型，通过仿真实验研究了海面散射GPS信号的相关区域、DMR输出信号的理论模型以及星载接收机的情况。相关区域仿真实验的结果揭示了海面散射GPS信号的区域与接收机运动状态的关系，由此得出以下结论：为了充分接收海面散射GPS信号的能量，接收机天线应该指向镜面反射点；并且为了不使等多普勒区域对信号散射区域构成限制，接收机的运动方向应该尽量平行于入射面。以上结论和本文讨论的机载接收机位置的求解问题可以作为设计机载实验的依据。2. 研究了海面散射GPS信号的处理问题。提出了一种利用直射信号相关波形的信息实现散射信号相关波形相加平均的方法，详细分析了估计镜面反射分量延时的DCF方法，并通过处理实际采集的信号验证了上述两种方法的可行性。3. 研究了海面高度的求解方法。在接收机的高度比较低的情况下，给出了海面高度及其误差的解析的表达式，并通过仿真实验分析了海面高度误差与观测量误差和接收机高度的关系；在接收机的高度比较高的情况下，本文将参考文献[37, 38]中地球表面为球形模型的假设推广为椭球模型，给出了求解镜面反射点位置的方法，并通过Monte Carlo实验仿真分析了其误差性能。最后，本文解决了机载接收机位置的求解问题。4. 综合本文讨论的几种方法，给出了测量海面高度的流程；并由机载实验采集的GPS散射信号求得了海面高度。所得的海面高度的测量结果与用EGM 96大地水准面模型求得的结果基本一致，并且所得结果的精度验证了前文误差性能仿真实验的结果。以上两点可以说明本文讨论方法的正确性。

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