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GPS海面风场反演技术 国家卫星海洋应用中心 报告内容 研究背景GPS海面风场遥感机理与仿真分析GPS海面风场反演方法结论与展望 一研究背景 海洋风场是海洋与大气作用的重要参数之一 海洋风场直接影响着大气与大洋环流以及海气相互作用 也是研究风驱海流运动规律和海面油污扩散的必要条件 海洋风场是海洋研究不可缺少的部分 微波遥感是获取全球海面风场的重要手段 其中星载散射计是遥感测量全球海面风场的主要传感器 SAR高分辨力海面风场遥感技术已渐趋成熟 GNSS R海面风场遥感是一种从全球导航卫星前向散射微波信号中提取海面风场的新技术 二GPS海面风场遥感机理与仿真 GPS海面风场遥感系统GPS信号特征GPS信号相关功率模型及其散射区GPS信号相关功率模型仿真 GPS海面风场遥感系统 海面散射示意图 遥感系统几何关系 GPS海面回波信号特征 GPSL1波段 频率1575 42MHz 对应海面的菲涅尔反射系数与卫星高度角的关系 GPSC A码相关函数曲线 GPSC A码相关函数与自相干函数表达式 GPS海面回波信号特征 经过粗糙海面散射 信号发生扩散 GPS信号相关功率模型 遥感器采集的相关功率信号是时间延迟和多普勒频率的函数 海面坡度分布的概率密度函数 闪耀区类比图 图片摘自 散射区 闪耀区 散射区 等延迟区 等延迟区的形状与GPS遥感系统的几何关系有关 如卫星高度角 接收机高度 接收机高度5km 接收机速度0 34km s 航向0 散射区 等多普勒区 等延迟线与等多普勒区的形状与接收机速度有关 发射机状态的影响不大 等延迟区与等多普勒区 摘自A Komjathy 2001 散射区 等多普勒区 海面回波信号采集分辨单元是等多普勒和等延迟区的交叉区 散射区 天线覆盖区 天线增益覆盖区的大小与天线的高度 天线视场角有关 海面风速7m s 风向0 海面海水温度25 C 海水盐度35psu GPS卫星高度角90 接收机高度6km 相干积分时间10ms 接收机速度大小150m s 航向0 GPS海面回波信号相关功率模型仿真 三维曲面 GPS信号相关功率模型仿真 三维曲面 相关功率曲面由多参数决定 其中包括海面风带来的曲面变化 可利用这种特征来反演风速风向 海面风速7m s 风向0 海面海水温度25 C 海水盐度35psu GPS卫星高度角90 接收机高度6km 相干积分时间10ms 接收机速度大小150m s 航向0 GPS海面回波信号相关功率模型仿真 二维曲线 相关功率曲线由多参数决定 其中风速对相关功率曲线峰值影响大 风向仅影响相关功率曲线的后沿 GPS海面回波信号相关功率模型仿真 二维曲线 GPS海面回波信号相关功率模型仿真 二维曲线 风速改变1m s对相关功率曲线峰值的影响比风向对其的影响高一个数量级 因此风向反演难度不风速反演难度大 三GPS海面风场反演方法 通过比较实测和理论波形后沿斜率实现风速反演直接匹配整个波形进行风速反演海面坡度方差主成分分析法多卫星平均坡度方差估计法 四结论与展望 1 GPS海面风场的遥感未实现成像 其海面风场反演方法和SAR有所差异 通过仿真分析和比较其反演方法 总结得到它的反演流程是先通过相关功率确定风速 忽略风向的影响 然后在风速确定的情况下再确定风向 风向的反演难度比风速反演难度大 2 GPS海面风场遥感是一种从前向散射微波信号中提取海面风场的新技术 尚处于起步阶段 具有广阔的应用前景 谢谢