岸基GNSS单天线潮位高度小波分析反演的研究

发布时间：2020-05-22 01:04

【摘要】：近年来,世界沿海地区国家受海啸的影响造成了巨大的损失。由于全球变暖导致极地冰川融化引起了海平面上升,而海平面的上升加剧风暴潮的强度以及频次的增多,这导致我国沿海地区人民的生命财产安全受到了严重的威胁。因此,简单有效的实时海平面监测显得尤为重要。利用全球导航卫星系统反射信号(global navigation satellite system reflection,GNSS-R)来进行实时监测是较为先进的方法之一。GNSS-R是一种利用全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)卫星反射信号获得反射表面物理特性的技术,其技术可通过幅度,波形,相位以及频率等参数来改变来实现。GNSSR技术以其本身所具备的覆盖范围广、信号源广泛以及相对低成本等独特优势引起了海内外学者的关注,并被广泛应用于海面测高等研究中。国内外目前主要使用码测高、相位测高和信噪比(signal-to noise rate,SNR)观测值测高等方式来研究GNSS-R海面测高。本文简要介绍了几种测高方式。模型与设备都相对简单的码测高,码测高使用的是GPS卫星信号的C/A码,然而由于C/A码本身长度的限制,码测高的准确性相对较低。而相位测高则是在数据上要求相对较高,因此其测高精度相对较高。而GNSS-R单天线SNR测高由于设置简单、无需特殊定制反射信号天线和接收机等优点逐渐成为GNSS-R测高领域的研究热点。针对当前利用SNR数据反演海面高度的方法比较单一且有一定的局限性的问题,提出了使用小波分析的方法进行岸基GNSS单天线潮位高度反演。基于载波和SNR观测量的测高方法的内在联系,本团队在中国浙江大洋山进行实验,进行长时间卫星信号监测,对处理后获得的GNSS-R信号的SNR数据进行小波变换分析,提取出天线到海面的垂直高度。同时小波去噪可以处理复杂环境下含噪声源的信号。实验结果表明基于单天线GNSS-R信号SNR的测高方法能够有效的反演出潮位高度,其测高精度能够达到分米级。本文的主要研究内容如下:1.简单介绍了卫星信号的捕获与跟踪。以及目前主要的GNSS测高方法。在本文中着重介绍了SNR测高,本文将着手介绍利用GNSS-R的SNR信号进行小波变换反演出海面的潮位高度。2.通过对小波变换的原理进行分析表明,小波变换中各个参数的重要性以及本文中小波参数的选用及其选用原因,同时增加了小波去噪的步骤,从而提高了小波变换反演海面潮位高度的精度。3.本实验团队有用相似卫星数据进行LSP分析反演海面高度的经验,且精度相对较高达到了分米级精度。在利用小波变换反演潮位高度长期监测海面情况之前,先对小波变换反演潮位高度的可靠性进行分析,结果表明小波变换反演海面高度具有较高的可靠性和可行性。4.在验证了小波变换反演潮汐高度的可靠性之后,在浙江大洋山进行了长时间的海面高度监测。在实验过程中收集了对应海域的风速数据用来分析接收卫星数据的天气环境,实现了对海面环境的长期监测。
【图文】：

上海海洋大学硕士学位论文到的 GPS，，北斗相结合的双系统进行了阐述，几种方法进行了分析，包括了码测高、相位测法之后选择了 SNR 测高方式，并建立了相应验获取到 GNSS 信号，提取出其反射信号的出天线到海面的距离，设置相应的门限值去劣天气而无法反演出海面高度的 SNR 数据进过小波去噪后的 SNR 数据进行小波变换分析高度反演值。

图 2-1 反射信号软件接收机并行捕获算法g. 2-1 Schematic diagram of a generic software receiver parallel capture algorithmreflected signals 2-1 显示了本文中使用的通用软件接收机并行捕获算法的主要结构程，只有信号强度达到相关值门限值的设定才能被顺利的捕获到。下卫星信号捕获成功的结果图，只有高于们门限值的绿色标记的卫星。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN967.1;TN820

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