● 摘要
自上世纪90年代以来,随着导航卫星反射信号对反射面的特性表征作用的发现,导航卫星反射信号的应用得以飞速发展。卫星导航系统的应用范围早已超出传统领域,利用反射信号进行的海面高度、测风、土壤湿度、测冰的研究取得了诸多重要结果。
星载GNSS-R技术是导航卫星反射信号应用领域的一个新的发展方向,相比较于传统的岸基及机载方法,具有探测范围广、能进行中尺度气候观测等特点。欧洲空间局(ESA)、美国航空航天局(NASA)均有星载GNSS-R计划,北京航空航天大学和上海804研究所也在合作进行星载GNSS-R技术研究。
反射信号同步问题是星载GNSS-R技术的一个重要问题,此问题体现在两个方面。第一,由于星载平台运动速度快,导致镜面反射点快速变化,从而反射信号相对于直射信号的延迟也快速变化。反射信号相关功率波形是由多个相关积分波形叠加所得,随着延迟的变化,单个波形并未对齐,使得非相干累加之后的波形变差。第二,同样由于延迟的快速变化,导致之前计算相关功率值的相关窗并不适用于新的反射信号,若不进行相关窗矫正,则新得到的相关功率波形不正确。
本文从星载GNSS反射信号同步的需求出发,分析了星载环境的特点,引出了反射信号同步问题,用理论推导和仿真分析的手段,给出了星载GNSS反射信号同步问题的解决方法。使用UK-DMC的GPS反射信号数据进行了同步问题分析,使用实际数据进一步验证了反射信号同步矫正的良好结果。
文章最后给出了与上海804研究所合作研制的星载GNSS-R接收机设计,包括总体设计、综合控制单元设计和互相关处理单元设计三部分,并给出了部分的硬件调试过程和结果。
本文的成果主要有:
系统地分析了星载反射信号同步问题;
给出了星载反射信号同步问题的解决方案;
分析了UK-DMC星载实际数据;
设计了星载GNSS-R接收机。
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