GNSS―R海洋遥感技术浅议VIP免费

GNSS―R海洋遥感技术浅议摘要：GNSS-Reflection技术是以GPS等卫星导航系统的微波信号源进行遥感探测的前沿技术，在海洋环境监测中具有重要的应用前景。本文介绍了GNSS-R的基本工作原理，及其在海面高、海风、海冰监测中的具体应用，同时将GNSS-R方法和传统的微波雷达遥感进行了分析比较，以期对我国海洋遥感技术的发展和二代北斗的应用提供一定的参考。关键词：GNSS-Reflection；海洋遥感；海面地形；风场；海冰中图分类号：TP79文献标识码：A编号：1006-4311（2014）33-0209-030引言GNSS-R技术具有重要的研究意义和广阔的应用前景[1]，它是一种新的海洋遥感技术，通过导航卫星的反射信号，它能够对海面进行遥感，并获得有效波高、潮位、海面风速风向等参数。其与传统的卫星遥感手段相比具有更多的优势，它不仅能够获取更多信息资源，在未来，还会有数百颗导航卫星可以免费地为其服务。GNSS-R技术凭借自身卓越的优势，已经成为海洋环境监测过程中的一个重要遥感手段[2]。另外GNSS-R技术对于促进海洋研究的一个重大意义还在于它可以全天候工作，即使是在周遭环境非常恶劣的情况下，还能够正常有效地开展自身的工作。martin-Neira等人在1993年提出了PARIS概念，建议开展海洋遥感技术研究，自此全世界很多的研究人员都前仆后继加入到GNSS-R遥感技术的研究当中[3]。到目前为止的这段时间内，这些研究人员通过开展信号接收、原理性验证、实际参数反演等实验，利用岸基、热气球、飞机、飞船及卫星等平台，终于证明了GNSS-R海洋遥感理论及技术的可行性和有效性。随着GNSS-R遥感技术的逐步发展，在这个时期也出现了很多的问题。首先，对于接收和处理GNSS-R信号这个问题来说，由于GNSS海面反射信号微弱，客观上受到很多条件的制约，要想有效地解决这个问题，必须提高接收天线增益，采取必要的处理措施，最大程度地提高信噪比。再加上GNSS电波经海面反射后，会发生很多的变化，有效的信号是很难被捕获到的，所以必须配备新的接收机。当前，一些西方发达国家的相关单位都在进行开环接收机的相关研究，而且得到了一些不错的成果。在反演技术方面，很多的研究组都从不同的角度进行了研究，相继提出了自己的反演方法。现阶段国际研究关注于长期连续观测，对参数反演进行比对、验证，对反演方法进行改进[8]。王鑫等进行了中国首次GNSS-R岸基海洋遥感实验，并得到不错的成绩，为GNSS-R技术研究特别是反演技术研究及验证打下良好的基础[9]。1原理GNSS卫星星座不断地向地球发射无线信号，由GNSS接收机直接收到的信号可用于许多领域包括导航到导弹制导，同时部分信号从地球表面反射回空间，反射信号的组成很弱。对一个低轨的飞行器可以同时接收直接的和反射的GNSS信号，这些信号可以用于导出反射表面的信息[10]，如图1所示。建立如下本地直角坐标系，可以更加方便地理解GNSS-R的几何原理：以镜面反射点为坐标原点，以地球切面的法线方向为z轴，以经过z轴和发射机的平面与地球切面的交线为y轴，x、y、z轴构成右手定则关系，如图2所示。其中，ht为卫星T到参考椭球面的高度；hr为接收机R到参考椭球面的高度；Re为地球半径；G为卫星到地心的距离；L为接收机到地心的距离；D和d分别是卫星和接收机到镜面反射点的距离；？琢是接收机、镜面反射点和卫星的连线的夹角；？着是镜面反射点与接收机连线和接收机天底方向的夹角；？专是接收机、地心和卫星连线的夹角；？兹是镜面点处接收机的高度角；R、T、o分别为接收机、卫星、镜面反射点的矢量坐标。GNSS反射信号的足印在地球表面的定义为反射耀斑区的等多普勒和等距离等值线间的交叉面元。GNSS发射机发射信号接触到海洋表面后，一般都是从镜面点反射方向反射（前向），表面粗糙度和入射角决定了信号的大小。这种前向散射可以被机载（或星载）接收机收集组成多分雷达系统，理论上是可以截取从海面瞬时几个区域反弹的信号，类似于常规雷达高度计，反射GNSS信号通过接收机可以获得随时间变化的平均功率。反射信号的波形可以导出与观测几何、系统参数和表面粗糙度的函数。波形对导出海洋表面地形（从它的前缘）和风速、风向（从它的后缘）等是至关重要的。要接收反...