基于北斗卫星反射信号的海面高度测量方法研究

发布时间：2017-04-21 10:13

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【摘要】：目前,北斗卫星反射信号被广泛应用于海面高度测量、海风海浪反演、海冰探测以及土壤湿度检测等多个领域。北斗GEO卫星相对于地面的角度变化范围很小,可以提供稳定的几何关系,同时对中低纬度地区有很好的覆盖能力,因此可以用来进行近海海域的测高,增强对海洋恶劣天气的预警能力,服务于海洋防灾减灾。本文对基于北斗卫星反射信号的海面高度测量方法进行了探索与研究,主要包括以下几个内容：首先,推导了利用北斗卫星反射信号测量海面高度过程中忽略地球曲率影响的条件,从而简化了测高几何关系。通过对卫星运动模型和海洋散射延迟模型的分析,构建了相应的北斗卫星反射信号测高模型,并分析了影响测高模型的误差来源,找到减小误差的方法。其次,研究了微弱卫星信号的接收与处理方法,验证了利用相关功率前沿突变点进行码相位延迟测高的方法可以提高测量精度,并分析了影响测高精度的不同因素。在Matlab仿真环境下,开发了直射信号捕获跟踪、反射信号相关处理以及海面高度反演算法的处理程序,并利用实际测量数据进行了验证。最后,在完成海面高度测量模型和码相位延迟测高方法的研究基础上,使用C++语言在Visual Studio 2008环境下,设计并实现了海面高度测量软件系统。并基于设计的北斗卫星反射信号海面高度测量软件系统,搭建测试平台,采集并处理实验数据,验证了软件的可用性及稳定性
【关键词】：北斗导航卫星系统 反射信号 海面高度测量
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P229;TN967.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 引言14-15
• 1.2 课题背景及意义15-17
• 1.2.1 研究现状及发展趋势15-16
• 1.2.2 研究意义16-17
• 1.3 课题来源和立意17
• 1.4 论文研究内容及创新点17-20
• 第二章 北斗反射信号测高技术原理20-32
• 2.1 北斗卫星概述20-23
• 2.1.1 测距码的生成20-21
• 2.1.2 G_(B11),码的特性分析21-23
• 2.2 反射信号特性23-27
• 2.2.1 反射信号概述23-24
• 2.2.2 反射信号相关函数24-27
• 2.3 几种测高方法比较27-30
• 2.3.1 基于码延迟的测高方法28-29
• 2.3.2 基于载波相位延迟的测高方法29
• 2.3.3 基于载波频率延迟的测高方法29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 北斗反射信号测高模型构建32-44
• 3.1 忽略地球曲率的条件推导32-34
• 3.2 测高几何关系34-35
• 3.3 北斗反射信号测高模型35-41
• 3.3.1 北斗GEO卫星位置计算35-37
• 3.3.2 天线覆盖区域计算37-38
• 3.3.3 水面散射模型38-39
• 3.3.4 路径延迟模型39-41
• 3.4 测量误差分析41-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 基于码相位的海面高度测量实现方法研究44-60
• 4.1 信号接收与处理总体结构44
• 4.2 直射信号处理过程44-48
• 4.2.1 直射信号捕获算法44-46
• 4.2.2 直射信号跟踪过程46-48
• 4.3 反射信号相关处理48-51
• 4.3.1 反射信号码同步、载波同步49-50
• 4.3.2 相干累加与非相干累加50-51
• 4.4 码相位测高方法研究51-58
• 4.4.1 梯度突变点算法52-54
• 4.4.2 曲线拟合54-56
• 4.4.3 实验数据验证56-58
• 4.5 码相位测高精度分析58-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第五章 测高软件系统设计与开发60-74
• 5.1 软件系统总体结构设计60-61
• 5.2 各模块设计与实现61-66
• 5.2.1 数据通信模块61-62
• 5.2.2 卫星位置计算模块62-65
• 5.2.3 海面高度反演模块65-66
• 5.3 实验验证及分析66-73
• 5.3.1 实验设计与实现66-69
• 5.3.2 测高结果分析69-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 结论与展望74-76
• 6.1 论文的研究成果74
• 6.2 进一步工作展望74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 研究成果及发表的学术论文82-84
• 作者与导师简介84-85
• 附件85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 张益强;张其善;杨东凯;李紫薇;;基于GPS遥感的延迟映射接收机关键技术[J];北京航空航天大学学报;2006年03期

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3 张益强;杨东凯;张其善;张伯川;胡荣磊;李紫薇;;GPS海面散射信号探测技术研究[J];电子与信息学报;2006年06期

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 周喜明;高动态GPS信号捕获研究及FPGA设计[D];西安科技大学;2011年

2 侯奇慧;GNSS-R算法研究及软件接收机设计[D];北京化工大学;2013年

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本文编号：320110