GNSS反射信號海洋遙感方法及應用

目錄
序
前言
第1章 概述 1
1.1 海洋遙感的意義 1
1.2 典型海洋遙感方法 3
1.2.1 雷達高度計測量法 4
1.2.2 微波散射計測量法 9
1.2.3 微波輻射計測量法 11
1.2.4 合成孔徑雷達測量法 13
1.3 GNSS-R海洋遙感原理 15
1.4 GNSS-R應用 17
1.4.1 海面風場反演 17
1.4.2 海面測高 19
1.4.3 海冰探測 22
1.4.4 海面溢油探測 23
1.4.5 星載GNSS-R任務 23
1.5 小結(jié) 25
參考文獻 26
第2章 GNSS-R信號特征及處理 33
2.1 GNSS-R幾何模型 33
2.1.1 幾何關(guān)系 33
2.1.2 時間關(guān)系 35
2.2 GNSS反射信號模型 36
2.2.1 反射信號數(shù)學描述 36
2.2.2 反射信號相關(guān)函數(shù) 38
2.2.3 反射信號相關(guān)功率 39
2.2.4 反射信號噪聲模型 42
2.3 反射信號接收處理 43
2.3.1 反射信號串行處理 43
2.3.2 反射信號并行處理 44
2.3.3 反射信號雙塊零拓展處理算法 45
2.3.4 信號處理算法驗證及分析 47
2.4 小結(jié) 51
參考文獻 51
第3章 岸基海況反演 52
3.1 海況參數(shù) 52
3.2 GNSS反射信號時間序列 56
3.2.1 反射信號的時間特性 58
3.2.2 反射信號的頻譜特性 65
3.3 基于時間序列的風速反演方法 71
3.3.1 試驗場景 71
3.3.2 時域反演風速法 73
3.3.3 頻域反演風速法 79
3.4 反射信號時延波形及其應用 80
3.4.1 時延波形特征參數(shù)定義 80
3.4.2 直射信號影響抑制 83
3.4.3 風速反演結(jié)果分析 83
3.5 智能算法在風速反演中的應用 85
3.6 小結(jié) 87
參考文獻 87
第4章 機載海風測量 89
4.1 機載時延-多普勒相關(guān)功率計算 89
4.1.1 一維時延相關(guān)功率曲線分析 91
4.1.2 一維多普勒相關(guān)功率分析 95
4.2 機載風速反演算法 98
4.2.1 理論模型匹配反演法 98
4.2.2 經(jīng)驗模型法 99
4.2.3 智能風速反演 105
4.2.4 誤差分析 106
4.3 機載試驗 109
4.3.1 三亞試驗 109
4.3.2 煙臺試驗 111
4.4 機載風速反演驗證 111
4.4.1 實測數(shù)據(jù)預處理 111
4.4.2 匹配算法 113
4.4.3 經(jīng)驗模型及神經(jīng)網(wǎng)絡 115
4.5 小結(jié) 116
參考文獻 116
第5章 星載海風測量 117
5.1 星載GNSS-R同步方法 117
5.1.1 星載條件下的動態(tài)幾何關(guān)系 117
5.1.2 GNSS-R信號累加補償法 118
5.2 典型相關(guān)功率特征量 120
5.2.1 歸一化雙基散射系數(shù) 120
5.2.2 時延-多普勒觀測值 121
5.2.3 廣義線性定義的特征量 122
5.3 風速反演模型 123
5.3.1 散射系數(shù)的簡化 123
5.3.2 數(shù)據(jù)獲取 124
5.3.3 時延-多普勒范圍 125
5.3.4 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制 126
5.3.5 經(jīng)驗模型構(gòu)建 127
5.3.6 影響因素分析 130
5.4 誤差分析 131
5.4.1 誤差傳遞系數(shù) 131
5.4.2 誤差影響因素討論 132
5.5 多元組合在風速反演中的應用 133
5.6 星載GNSS-R接收機通用結(jié)構(gòu) 135
5.7 小結(jié) 137
參考文獻 137
第6章 協(xié)同法海面測高 139
6.1 幾何關(guān)系模型 139
6.1.1 未考慮地球曲率 139
6.1.2 考慮地球曲率 140
6.2 時延觀測量提取 142
6.3 測高性能分析 146
6.3.1 單點跟蹤法測高精度 146
6.3.2 模型匹配法測高精度 148
6.4 測高精度提升 149
6.4.1 提高信噪比 149
6.4.2 增大接收機帶寬 150
6.4.3 采用高速率偽隨機碼 151
6.4.4 多視技術(shù) 160
6.4.5 大氣誤差校正 162
6.5 岸基海面測高試驗 165
6.5.1 試驗場景 165
6.5.2 數(shù)據(jù)處理 166
6.5.3 高度反演結(jié)果 167
6.6 機載海面測高試驗 168
6.7 小結(jié) 169
參考文獻 170
第7章 干涉法海面測高 172
7.1 近地面信號干涉模型 172
7.1.1 反射信號功率表達式 172
7.1.2 時域信號的擬合 174
7.2 海面測高模型 174
7.2.1 振蕩信號相位 174
7.2.2 Lomb-Scargle周期圖法 176
7.2.3 測量高度分析 176
7.2.4 接收機輸出率 177
7.3 陸基試驗 178
7.3.1 數(shù)據(jù)采集 178
7.3.2 數(shù)據(jù)處理 179
7.3.3 高度角上限的影響 181
7.4 潮位測量試驗 181
7.5 小結(jié) 183
參考文獻 183
第8章 海冰探測 185
8.1 海冰反射信號特性 185
8.1.1 海面粗糙度描述 185
8.1.2 海冰反射信號分量 187
8.2 岸基海冰探測閾值法 188
8.2.1 閾值法基本原理 188
8.2.2 試驗及結(jié)果分析 189
8.2.3 兩種閾值法對比分析 192
8.3 岸基海冰厚度反演 193
8.3.1 經(jīng)驗模型 193
8.3.2 試驗及結(jié)果分析 195
8.4 星載海冰探測 197
8.4.1 海冰反射信號相關(guān)功率 197
8.4.2 海冰空間分辨率 199
8.4.3 海冰邊界檢測 201
8.4.4 海冰智能檢測算法 206
8.5 小結(jié) 207
參考文獻 208
第9章 GNSS-R海洋環(huán)境探測應用 209
9.1 海面溢油探測 209
9.1.1 探測原理 209
9.1.2 影響因素分析 210
9.1.3 時延-多普勒圖的應用 211
9.2 星載輔助海洋鹽度探測 214
9.2.1 海面亮溫模型 215
9.2.2 GNSS-R觀測量 216
9.2.3 GNSS-R輔助探測法 219
9.3 GNSS-R海面SAR成像技術(shù) 220
9.3.1 成像原理 221
9.3.2 仿真分析 223
9.4 小結(jié) 224
參考文獻 225
展望 228