Differential Coherent Algorithm Based on Fast Navigation-Bit Correction for Airborne GNSS-R Software Receivers

Signals from the Global Navigation Satellite System (GNSS) scatter over the sea surface resulting in relatively low Signal-to-Noise Ratios (SNR). A differential coherent algorithm is given here to improve the SNR and reduce the performance degradation due to the Squaring-Loss and the navigation-bit effect. The algorithm uses fast navigation-bit correction for Delay-Doppler Maps (DDM) in airborne Global Navigation Satellite Signal Reflectometry (GNSS-R) software receivers. The system model is introduced with an analysis of the statistical properties with simulations to support the theoretical analysis. Field experiments with real airborne receivers then demonstrate the effectiveness of this algorithm. Comparisons with test results show that this algorithm offers a significant SNR gain over conventional algorithms.     

基于GNSS散射信号陆地高度计的建模与分析

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的散射信号作为一项新的遥感技术日益受到关注,目前已经成功的应用到海洋高度测量中,但由于陆地表面特性复杂,使基于GNSS的陆地表面高度计的设计一直是个难点.根据GPS信号的特点,推导了GPS地面散射回波信号的数学方程,建立了能反映陆地表面特性的GNSS-R双站雷达模型,从而设计了以GPS卫星作为照射源,接收机置于飞行器上,利用GPS散射信号测量陆地上空飞行器高度的仿真系统.通过对仿真结果的分析,验证了模型的有效性,也为后续的GNSS-R陆地高度计的优化设计提供了依据.     

北斗GEO卫星微动条件下的GNSS-R土壤湿度反演

全球定位系统GPS发射的L波段导航信号源已被用于估测地球表面的土壤湿度,但由于卫星具有一定的重返周期,所以对固定区域土壤湿度反演的性能受到不断变化的星下点轨迹的限制。北斗GEO（geostationary earth orbit）卫星是地球静止轨道卫星,同时又存在着周期性的微动,利用它的反射信号来反演土壤湿度受到其微动特性的影响。针对这个问题,本文研究了利用GEO卫星反射信号功率进行固定区域内土壤湿度反演的可行性。本文首先分析了GEO卫星的微动特征和反射区域的变化;然后采用包络提取和三次多项式插值的方法来恢复SNR的趋势变化规律,以消除因为GEO卫星轻微运动带来的周期性波动和噪声,并且根据现场收集的部分实验数据确定的校准参数值对反射系数进行校正;最后,我们使用测试数据进行土壤湿度反演,得到每半小时固定区域的连续土壤湿度反演值。结果表明,土壤湿度反演值与原位土壤湿度值的变化趋势基本一致,反演的平均绝对误差小于4.63％。可见,BDS GEO卫星信号可以作为GNSS反射计的重要数据来源。     

基于导航卫星反射信号的距离-多普勒图信噪比增强算法

利用全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)与地基接收机构成的双基地雷达探测水上目标,是监测水上交通的新兴手段。利用由地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星反射信号生成的距离多普勒(range-Doppler,RD)图来实现目标探测。为了提高RD图中运动目标回波信号的信噪比,提出了一种增强回波信号能量的算法。该算法首先将相邻距离元和多普勒元上的回波信号通过距离补偿和多普勒补偿搬移到弱回波信号的位置,然后通过信号累加提高回波信号的能量,从而达到增强信噪比的目的。描述了探测长江货轮的实验,实验结果表明经增强算法处理后,运动目标回波信号的信噪比平均提高了4 dB左右。这一结果验证了利用北斗GEO卫星探测水上目标的可行性。     

一种基于查找表的GNSS-R土壤含水量估算方法

在分析模型仿真结果的基础上,提出基于查找表的GNSS-R土壤含水量估算方法.将该方法应用于地基试验观测数据处理中,结果表明,2013年12月22日试验的估算结果比较接近3.5 cm深度的土壤含水量实测值.2013年9月的试验结果显示反射信号功率有强烈的衰减,可能的原因是,接收反射信号的高增益天线倾斜架设以及地表中等程度的植被覆盖.此方法在保证计算精度的同时还有显著的效率优势,能够为GNSS-R试验方案设计、土壤含水量估算模型改进等提供参考.     

GNSS-R遥感的镜面反射点快速估算

近年来,利用全球卫星导航反射信号(Global Navigation Satellite System Reflectometry, GNSS-R)进行遥感应用已经成为遥感领域的新技术。镜面反射点是星载GNSS-R遥感测量和建模的主要参考点,其估算的精度和速度对GNSS-R遥感有着显著影响。本文提出了星载GNSS-R接收机测量中GNSS-R镜面反射点的快速估算方法。首先,本文总结了镜面反射点的几何特征。根据几何特征,进行了镜面反射点的粗估算。然后,提出了基于角平分线变步长校正精确估算镜面反射点的位置,并通过迭代实现了镜面反射点的精确定位。 最后,通过仿真实验验证了本文所提算法具有较好的准确性和快速性。     

GNSS-R接收机信号捕获算法设计

在GNSS—R接收机的信号处理过程中,由于卫星和接收机之间的相对运动会产生较大的多普勒频移,同时大多数情况下接收机只能接收到比较弱的信号。而针对信号的这些特点,提出了一种对信号进行捕获的设计方法。用快速傅立叶变换(FFT)捕获算法将接收信号和本地再生伪码在时域的相关计算转换成频域的相乘计算,从而大大减少捕获时间,并用非相干积累的方法提高系统对于信号的捕获能力。同时,在这些计算完成之后,通过使用搜索检测器来保证在捕获概率变化较小的情况下,降低总的虚警概率。