星载GPS-R若干关键技术研究

论文摘要

全球卫星定位系统（GPS）为全球用户提供了一个共享的导航定位和L波段微波信号数据资源。近年来,利用GPS海面散射信号（GPS-R）进行海洋微波遥感,成为GPS应用新的发展方向。这种新的海洋遥感手段,无需发射机、信号源丰富、时空分辨率高、成本低,是一种新型的全球海洋遥感数据采集手段。本文对星载GPS-R海洋遥感若干关键技术进行了研究,主要创新结果如下:针对在轨实时估算GPS-R海洋遥感参数的现实需求,提出了一种星上镜面反射点位置、GPS-R信号时间延迟和多普勒频移范围的估计算法,为星上GPS-R接收机软件的设计打下了良好基础;提出了星载GPS-R镜面反射点可视的条件,给出了详细的数学描述,分析了LEO卫星轨道高度、星载GPS-R接收机下视天线波束对镜面反射点可视性的影响,为星载GPS-R系统的总体设计提供理论依据;根据海面反射GPS-R信号的特点,提出了一种基于星载GPS-R信号的时间延迟、多普勒频移对海面大型目标定位算法,给出了算法的原理和误差分析,为星载GPS-R定位方法的建立,提供理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 背景及意义
• 1.2 研究进展
• 1.2.1 国外研究
• 1.2.2 国外星载实验
• 1.2.3 国内研究
• 1.3 目前存在的问题
• 1.3.1 在轨计算镜面反射点相关参数
• 1.3.2 可视性
• 1.3.3 海面目标定位
• 1.4 研究内容
• 1.5 章节安排
• 第二章 星载GPS-R 原理
• 2.1 GPS 系统
• 2.2 GPS 信号
• 2.2.1 载波
• 2.2.2 C/A 码
• 2.2.3 P 码
• 2.2.4 D 码
• 2.2.5 GPS 信号的产生
• 2.3 GPS 的现代化
• 2.3.1 M 码
• 2.3.2 L2C
• 2.3.3 L5
• 2.4 微波遥感
• 2.5 双基地雷达方程
• 2.6 面散射特性
• 2.6.1 表面参数
• 2.6.2 光滑表面的判据
• 2.7 海表面粗糙度
• 2.8 星载GPS-R 组成
• 2.9 GPS-R 接收机
• 2.10 GPS-R 信号
• 2.10.1 GPS-R 信号特征
• 2.10.2 GPS-R 相关函数
• 2.10.3 GPS-R 相关功率
• 2.11 Z-V 模型
• 2.12 GPS-R 能量波形
• 2.13 小结
• 第三章 镜面反射点预测算法研究
• 3.1 成熟的镜面反射点计算方法
• 3.2 适合星上使用的镜面反射点快速搜索算法
• 3.3 卫星星下点计算
• 3.4 镜面反射点位置预测
• 3.5 海陆分布
• 3.6 时间延迟、多普勒频移范围
• 3.7 预测误差的影响分析
• 3.8 结论
• 第四章 镜面反射点可视性研究
• 4.1 镜面反射点可视条件
• 4.2 GPS 卫星对上视天线可视
• 4.2.1 GPS 地球阴影区
• 4.2.2 RTN 坐标系
• 4.2.3 上视天线可视区域
• 4.2.4 GPS 卫星对上视天线可视的条件
• 4.3 镜面反射点对GPS 卫星可视
• 4.4 镜面反射点对下视天线可视
• 4.5 LEO 卫星轨道高度对可视性的影响
• 4.5.1 LEO 轨道高度影响分析
• 4.5.2 轨道高度影响结论
• 4.6 下视天线波束对可视性的影响
• 4.6.1 星下点平面和坐标对应关系
• 4.6.2 星下点平面内波束覆盖区域
• 4.6.3 波束中心指向
• 4.6.4 波束形状及推进方式
• 4.7 下视天线波束模拟仿真
• 4.8 结论
• 第五章 星载GPS-R 定位精度和算法研究
• 5.1 星载GPS-R 定位系统
• 5.2 海表面散射点
• 5.3 GPS-R 定位算法原理
• 5.4 定位误差分析
• 5.5 数值仿真
• 5.5.1 仿真条件
• 5.5.2 仿真结果及分析
• 5.6 结论
• 第六章 论文总结
• 6.1 本文总结
• 6.2 本文的主要贡献和创新点
• 6.3 下一步的研究工作
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢