摘要：近年来随着全球导航卫星系统(GNSS)技术的发展,利用GNSS反射信号探测地表参数的GNSS反射测量(GNSS-R)技术已经成为遥感领域的一个新方法。目前,GNSS-R技术已经广泛应用在海风反演及海冰探测、测高、土壤湿度反演及海面溢油探测等遥感领域。随着星载任务的大量开展,如UK TDS-1、CYGNSS等计划的执行,GNSS-R技术进入了一个高速发展时期。而在GNSS-R技术中,对GNSS-R信号进行仿真模拟可以为GNSS-R技术的研究降低成本并提供数据。特别是对于未来的星载探测,仿真分析能够为其发射前期的测试校对、指标分析和系统设计优化等工作提供支撑和保障。因此,研究有效的GNSS反射信号模型及快速仿真技术不仅是当前科研需求,也是未来发展的工程需求。论文主要开展复杂环境下GNSS海洋反射信号模型与仿真相关研究,主要包括以下5个方面。

摘要：全球导航卫星系统(GNSS)海面反射信号的模拟仿真采用的海浪谱多为风驱模型,而忽略了真实复杂环境中涌浪、降雨的影响。为此,提出了一种涌浪、降雨影响下的GNSS海面反射信号模型。首先,对Elfouhaily海浪谱、涌浪谱、降雨谱分别进行仿真,从海浪谱的角度分析涌浪、降雨对GNSS反射信号的影响。然后,设计了引入涌浪、降雨影响因子后的GNSS反射信号建模的方法,并建立噪声模型。最后,对星载场景下仿真得到的二维时延-多普勒相关功率分布图像(DDM)、时延相关功率波形(DW)进行分析,并与英国技术演示卫星(UK TDS-1)实测数据的处理结果进行了对比验证。结果表明:涌浪主要形成对GNSS反射信号影响较大的大尺度粗糙海面,而降雨对GNSS反射信号影响较小;仿真的DDM与实测数据结果的波形有很好的一致性,DW对比的相关系数达到0.92,优于未修正模型的对比结果,模拟的反射信号更为真实,证明了提出的GNSS反射信号建模方法的可行性、有效性。对真实复杂环境下的GNSS反射信号建模及GNSS反射信号星载探测应用研究具有一定的参考意义和实用价值。

摘要：岸基全球定位系统(global positioning system,GPS)海面反射信号特性对GPS反射信号遥感反演具有重要意义,可为系统设计提供重要参数支持。在实验数据的基础上对微弱GPS海面反射信号特征提取方法进行验证和分析,结果显示所采用的提取方法能够有效提取海面反射信号;分析不同积分时间相干积分和非相干积分的性能,结果显示,积分时间在100ms以上时,相干积分和非相干积分都能有效提取反射信号特征,且两者得到的信噪比基本一致;海面反射的GPS信号符合高斯分布特征,这与已发表文献的结论是不同的;两次连续测量反射信号的功率变化有90%的概率超过6dB。

摘要：传统的海冰检测手段都存在着受天气影响或实时检测成本太高的缺点,为了更实时有效的检测海冰,减轻海冰灾害对于我国的影响,并达到防灾减灾的目的,本文研究了GPS反射信号(GPS-R)技术检测海冰的可能性。通过对2013年2月下旬在中国天津渤海湾的岸基架设GPS信号接收机所接收的观测数据进行分析,使用不同特性的反射海域(几乎全为海水或是海冰)的数据进行比对分析,其结果显示极化比值(反射左旋信号与直射右旋信号的比值)能够明显反演海冰密集度。本文首次将GPS-R技术应用于国内自主设计的渤海海冰检测实验中。

摘要：通过对GNSS(global navigation satellite system)反射信号软件接收机和硬件接收机进行对比分析,提出北斗反射信号软件接收机的结构及模块,包括接收直射和反射信号的天线、四通道射频前端、采样量化变换器和数据处理工作站。设计实现北斗导航卫星反射信号处理软件的实现方法及软件整体流程,给出捕获及跟踪两大主要模块的详细流程及处理方法。进行海面测高的岸基实验,通过与实际海面高度的对比验证了软件接收机系统的实用性。

摘要：随着北斗系统的逐步完善,利用北斗导航卫星信号的反射信号来探测目标将可实现全球范围的监测,这种方法具有被动接收、成本低等特点。但是北斗导航信号本身是为传输导航电文和定位而设计,所以用于目标的探测还有需要研究的地方。利用北斗系统的地球静止轨道GEO卫星信号,设计了一套利用软件接收机来实现目标探测的方案,采用开环接收反射信号,解决了接收机对反射的微弱信号进行常规捕获和跟踪不适用的问题。阐述了利用北斗信号探测目标的基本原理,给出了采用中频采样器和软件接收机的软硬件系统架构,并进行了楼宇反射实验和长江大桥反射实验。实验结果证明了提出的目标探测和开环软件接收机方案的正确性。

摘要：基于GNSS反射信号的双基雷达遥感是近年来国际上发展很快的一种全新概念的微波遥感方法。介绍GNSS反射信号时域处理的一种新方法,并针对现有的处理方法进行比较分析,取代了传统处理GNSS反射信号载波解调和数据相关时的乘法运算,缩短了系统的延迟时间,减少了芯片逻辑资源的损耗,使接收机功能扩展时更加灵活。文中还对其中的关建设计模块进行了详细的阐述。将该方法应用在新型的GNSS-R接收机设计中,并对实际的综合仿真结果进行分析,充分证明了方法的优越性。

摘要：在GNSS-R海洋遥感探测中,机载试验是一种重要手段;针对GNSS-R机载试验需要耗费巨大人力、物力以及可重复性差的问题,研究并设计了一种反射信号软件模拟器,介绍了模拟器的总体结构、流程图、关键参数、主要模块及用户界面;该模拟器在GNSS直射信号模拟器的基础上,在直射通道之外并行增加了反射信号通道;通过分析导航卫星反射信号的特点,并利用基于Z-V模型的GNSS海洋反射信号模型,配置机载GNSS海洋反射信号的时延、功率和多普勒频率等参数,从而模拟产生多颗星的多条反射信号;该模拟器可分别生成直射、反射信号两个数字中频文件,直接送入GNSS-R软件接收机进行接收处理;实验结果表明GNSS-R软件接收机的接收处理结果与设定的基于Z-V模型的相关功率曲线的相关系数为0.997 7,模拟器产生的反射信号与真实信号相关特性几乎一致,能根据用户输入的不同参数模拟输出导航卫星反射信号。

摘要：针对GNSS-R延迟映射接收机的硬件相关器设计,提出了一种在反射信号处理中延迟C/A码产生的新方案,并对硬件的实现方法进行了详细的叙述。该方案基于相位查询方式可产生不同码相位的延迟C/A码,延迟的码相位可以根据设定值任意产生。仿真验证结果表明了方案设计的正确性和有效性。

摘要：当管道无法产生足够的瞬态扰动时,将无法利用管道内部流动进行管道状态诊断,而基于扰动信号压力响应的管道泄漏检测方法可以克服这一缺陷。向有泄漏孔的管道引入扰动信号,通过分布式传感器采集动态压力,识别分析待测管道泄漏孔处对扰动信号的反射,实现泄漏检测与定位。同时,基于动网格技术模拟阀门启闭,建立了二维仿真模型,分析反射信号特征,得到了十分理想的检测效果。结果表明:扰动信号反射波的识别精度达7.659%;边界末端反射波的识别精度为0.121%;泄漏点定位误差为4.447%;而模拟结果可以实现精确定位。此外针对不同因素的影响进行分析,结果表明,扰动信号瞬态特征越强,泄漏孔尺寸越大,反射信号越明显,而管道运行压力对检测效果的影响十分有限。该方法与传统的泄漏检测方法相比具有明显的优越性,对于提高输油管道完整性管理水平具有极大的应用价值。