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          GNSS+R反射測量技術的原理與方法

          地理信息

          2020年03月26日

          傳統型GNSS+R

          這種測高一般是采用傳統的大地測量型接收機,利用載波相位觀測值作為原始觀測量,得到直射信號與反射信號的傳播路程差,再根據幾何關系得到反射面的高度。如在湖邊、海岸或海島上架設GNSS接收機,進行GNSS+R測高試驗,這就是岸基測高。其所架設的接收機高度都較低,其天線的照射面積決定有效的水面散射面積,可有效代替傳統的驗潮站測量模式。GNSS接收機對所接收到的直射信號與表面反射信號進行相關,并通過測量相關函數的最大值的位置得到時間延遲T,進而可求得接收機到反射面的高度H。在飛機或氣球上假設GNSS接收機進行的GNSS+R測高試驗就是機載測高。

          與岸基測高相比,機載測高架設的高度較高,觀測的水面面積較大。在LEO衛星上搭載GPS接收機,進行GNSS+R測高試驗,這就是星載測高。在500~800 km的高空可以采用LEO衛星搭載GPS接收機來進行海面高度測量,這種測量方式與傳統衛星測高相比不需要發射機,也可以直接采用多個LEO衛星組成星座,具有較高的時空分辨率。


          干涉型GNSS+R

          這種測高是利用特制的可以同時接收直射信號和反射信號的接收機,并將接收到的信號在接收機中進行相關處理,利用時延一維相關函數、多普勒一維相關函數或者時延-多普勒二維相關函數得到兩個信號之間時間延遲,再根據幾何關系得到反射面高度。

           

          SNR技術

          多路徑效應是GNSS高精度定位的主要誤差,它與反射面的結構和電介質參數密切相關。當衛星高度角低于10°時,GNSS接收到的反射信號是右旋極化。這時具有相同頻率的反射信號與直射信號會發生相干作用。這一相干現象反映在信噪比SNR的變化上,信噪比SNR觀測值是衡量GPS接收機天線接收到的信號的大小的一個量值,反映多路徑與多路徑誤差的大小受衛星信號的發射功率、天線增益、衛星與接收機間的距離及多路徑效應等因素的影響。在高度角較高的情況下,天線增益較大使得SNR得到有效提高;而在高度角較低的情況下,一方面天線增益減小,另一方面多路徑效應影響使得SNR下降較為嚴重。因此,對信噪比SNR進行分析可以評估多路徑效應,進而估計地表環境參數。


          DDM技術

          GNSS+R海洋遙感主要利用反射信號時延多普勒二維相關功率。其原理是通過計算本地載波信號與散射區域內不同時間延遲和多普勒頻率的接收信號的相關功率值。DDM多用于機載和星載GNSS+R,考慮到其距離地面高度較高,首先介紹GNSS+R的鏡面反射測量幾何關系。GNSS+R幾何關系要用到鏡面反射點,即從反射區域反射的反射信號中路徑延遲最短的理論反射點。根據GNSS衛星、接收機和鏡面反射點的幾何關系建立如圖的本地坐標系。該坐標系的原點為鏡面反射點,z軸為地球切面的法線方向,GNSS衛星T,鏡面點和接收機R位于yz平面內,x軸按右手定則確定。




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