● 摘要
全球卫星定位系统反射信号（GNSS-R）技术是近些年来发展起来一种新型微波探测技术。利用GNSS-R技术的海面高程测量装置相对于传统的海面高度计有诸多优势，如全天候、全天时、多信号源、宽覆盖、高时空分辨率等。另一方面，相对于硬件接收机，软件接收机具有子模块耦合度小、灵活性强、便于验证等优势。因此，有必要研发利用GNSS-R技术的海面高度反演软件接收机。本文研究了GNSS海面反射信号的特征，建立了利用GNSS-R技术进行精细海面高度测量的相关模型，开发了基于WINDOWS VC平台的软件接收机。软件接收机处理GNSS直射信号与反射信号并反演得到海面高程。论文的主要工作如下：(1).研究了海面海浪谱模型，给出了海面的统计特征。研究了粗糙海面对GNSS反射信号的多普勒频率、扩频码延迟以及极化特性等方面的影响，推导了GNSS信号经海面反射后的数学表达式，计算得到了GNSS反射信号的理论曲线。(2).针对GNSS反射信号能量弱、信号中散射分量多等特点，提出了对反射信号接收与处理的关键技术，主要有：相干累加与非相干累加，用来增大反射信号的信噪比；反射信号开环跟踪技术，用于快速捕获与跟踪反射信号。(3).建立了海面高度测量模型与相关的路径延迟模型。在实际的路径延迟估计中采用DCF (Differential Coherent Function)估计方法与曲线拟合方法。DCF估计路径延迟能够有效地消除由于海面粗糙度引起的散射误差，而利用理论曲线拟合来估计路径延迟的方法能够进一步地提升反演得到海面高程的精度。研究了两种随机误差及其消除方法：跟踪环跟踪误差与斑点误差。(4).设计了GNSS反射信号海面测高软件接收机。给出了接收机的整体框架与工作流程。详细叙述了各个子模块的功能。开发环境为VS2010的MFC框架，利用C++语言实现了直反射信号的处理，海面高度的反演以及相关界面的显示。(5).利用已有的实测数据验证了在机载环境下软件接收机的测高性能，证明了本软件接收机的实用价值。仿真计算了星载环境下软件接收机的性能，论证了本软件接收机扩展应用的可行性。