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GNSS反射信号海洋遥感方法及应用

GNSS反射信号海洋遥感方法及应用
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作者: ,
出版社: 科学出版社
2020-03
版次: 31
ISBN: 9787030644732
定价: 119.00
装帧: 其他
开本: 128开
纸张: 胶版纸
分类: 工程技术
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  • 《GNSS反射信号海洋遥感方法与应用》简要介绍典型海洋遥感方法，系统分析全球导航卫星系统(GNSS)反射信号的处理方法，并深入阐述其海况探测应用、海面高度测量、海冰探测，在溢油、海洋盐度和成像等应用方面的探索。《GNSS反射信号海洋遥感方法与应用》内容涉及海洋遥感应用的多种不同配置，包括岸基、机载和星载等，海面高度测量的两种不同模式，即双天线协同法和单天线干涉法。同时，在介绍遥感反演模型的过程中涉及的数据，既有作者团队自行开展试验获取的数据，也有与合作伙伴共同开展试验获取的数据，以及应用国外公开卫星数据所得的处理结果。 目录

    序

    前言

    第1章 概述 1

    1.1 海洋遥感的意义 1

    1.2 典型海洋遥感方法 3

    1.2.1 雷达高度计测量法 4

    1.2.2 微波散射计测量法 9

    1.2.3 微波辐射计测量法 11

    1.2.4 合成孔径雷达测量法 13

    1.3 GNSS-R海洋遥感原理 15

    1.4 GNSS-R应用 17

    1.4.1 海面风场反演 17

    1.4.2 海面测高 19

    1.4.3 海冰探测 22

    1.4.4 海面溢油探测 23

    1.4.5 星载GNSS-R任务 23

    1.5 小结 25

    参考文献 26

    第2章 GNSS-R信号特征及处理 33

    2.1 GNSS-R几何模型 33

    2.1.1 几何关系 33

    2.1.2 时间关系 35

    2.2 GNSS反射信号模型 36

    2.2.1 反射信号数学描述 36

    2.2.2 反射信号相关函数 38

    2.2.3 反射信号相关功率 39

    2.2.4 反射信号噪声模型 42

    2.3 反射信号接收处理 43

    2.3.1 反射信号串行处理 43

    2.3.2 反射信号并行处理 44

    2.3.3 反射信号双块零拓展处理算法 45

    2.3.4 信号处理算法验证及分析 47

    2.4 小结 51

    参考文献 51

    第3章 岸基海况反演 52

    3.1 海况参数 52

    3.2 GNSS反射信号时间序列 56

    3.2.1 反射信号的时间特性 58

    3.2.2 反射信号的频谱特性 65

    3.3 基于时间序列的风速反演方法 71

    3.3.1 试验场景 71

    3.3.2 时域反演风速法 73

    3.3.3 频域反演风速法 79

    3.4 反射信号时延波形及其应用 80

    3.4.1 时延波形特征参数定义 80

    3.4.2 直射信号影响抑制 83

    3.4.3 风速反演结果分析 83

    3.5 智能算法在风速反演中的应用 85

    3.6 小结 87

    参考文献 87

    第4章 机载海风测量 89

    4.1 机载时延-多普勒相关功率计算 89

    4.1.1 一维时延相关功率曲线分析 91

    4.1.2 一维多普勒相关功率分析 95

    4.2 机载风速反演算法 98

    4.2.1 理论模型匹配反演法 98

    4.2.2 经验模型法 99

    4.2.3 智能风速反演 105

    4.2.4 误差分析 106

    4.3 机载试验 109

    4.3.1 三亚试验 109

    4.3.2 烟台试验 111

    4.4 机载风速反演验证 111

    4.4.1 实测数据预处理 111

    4.4.2 匹配算法 113

    4.4.3 经验模型及神经网络 115

    4.5 小结 116

    参考文献 116

    第5章 星载海风测量 117

    5.1 星载GNSS-R同步方法 117

    5.1.1 星载条件下的动态几何关系 117

    5.1.2 GNSS-R信号累加补偿法 118

    5.2 典型相关功率特征量 120

    5.2.1 归一化双基散射系数 120

    5.2.2 时延-多普勒观测值 121

    5.2.3 广义线性定义的特征量 122

    5.3 风速反演模型 123

    5.3.1 散射系数的简化 123

    5.3.2 数据获取 124

    5.3.3 时延-多普勒范围 125

    5.3.4 数据质量控制 126

    5.3.5 经验模型构建 127

    5.3.6 影响因素分析 130

    5.4 误差分析 131

    5.4.1 误差传递系数 131

    5.4.2 误差影响因素讨论 132

    5.5 多元组合在风速反演中的应用 133

    5.6 星载GNSS-R接收机通用结构 135

    5.7 小结 137

    参考文献 137

    第6章 协同法海面测高 139

    6.1 几何关系模型 139

    6.1.1 未考虑地球曲率 139

    6.1.2 考虑地球曲率 140

    6.2 时延观测量提取 142

    6.3 测高性能分析 146

    6.3.1 单点跟踪法测高精度 146

    6.3.2 模型匹配法测高精度 148

    6.4 测高精度提升 149

    6.4.1 提高信噪比 149

    6.4.2 增大接收机带宽 150

    6.4.3 采用高速率伪随机码 151

    6.4.4 多视技术 160

    6.4.5 大气误差校正 162

    6.5 岸基海面测高试验 165

    6.5.1 试验场景 165

    6.5.2 数据处理 166

    6.5.3 高度反演结果 167

    6.6 机载海面测高试验 168

    6.7 小结 169

    参考文献 170

    第7章 干涉法海面测高 172

    7.1 近地面信号干涉模型 172

    7.1.1 反射信号功率表达式 172

    7.1.2 时域信号的拟合 174

    7.2 海面测高模型 174

    7.2.1 振荡信号相位 174

    7.2.2 Lomb-Scargle周期图法 176

    7.2.3 测量高度分析 176

    7.2.4 接收机输出率 177

    7.3 陆基试验 178

    7.3.1 数据采集 178

    7.3.2 数据处理 179

    7.3.3 高度角上限的影响 181

    7.4 潮位测量试验 181

    7.5 小结 183

    参考文献 183

    第8章 海冰探测 185

    8.1 海冰反射信号特性 185

    8.1.1 海面粗糙度描述 185

    8.1.2 海冰反射信号分量 187

    8.2 岸基海冰探测阈值法 188

    8.2.1 阈值法基本原理 188

    8.2.2 试验及结果分析 189

    8.2.3 两种阈值法对比分析 192

    8.3 岸基海冰厚度反演 193

    8.3.1 经验模型 193

    8.3.2 试验及结果分析 195

    8.4 星载海冰探测 197

    8.4.1 海冰反射信号相关功率 197

    8.4.2 海冰空间分辨率 199

    8.4.3 海冰边界检测 201

    8.4.4 海冰智能检测算法 206

    8.5 小结 207

    参考文献 208

    第9章 GNSS-R海洋环境探测应用 209

    9.1 海面溢油探测 209

    9.1.1 探测原理 209

    9.1.2 影响因素分析 210

    9.1.3 时延-多普勒图的应用 211

    9.2 星载辅助海洋盐度探测 214

    9.2.1 海面亮温模型 215

    9.2.2 GNSS-R观测量 216

    9.2.3 GNSS-R辅助探测法 219

    9.3 GNSS-R海面SAR成像技术 220

    9.3.1 成像原理 221

    9.3.2 仿真分析 223

    9.4 小结 224

    参考文献 225

    展望 228
  • 内容简介:
    《GNSS反射信号海洋遥感方法与应用》简要介绍典型海洋遥感方法，系统分析全球导航卫星系统(GNSS)反射信号的处理方法，并深入阐述其海况探测应用、海面高度测量、海冰探测，在溢油、海洋盐度和成像等应用方面的探索。《GNSS反射信号海洋遥感方法与应用》内容涉及海洋遥感应用的多种不同配置，包括岸基、机载和星载等，海面高度测量的两种不同模式，即双天线协同法和单天线干涉法。同时，在介绍遥感反演模型的过程中涉及的数据，既有作者团队自行开展试验获取的数据，也有与合作伙伴共同开展试验获取的数据，以及应用国外公开卫星数据所得的处理结果。
  • 目录:
    目录

    序

    前言

    第1章 概述 1

    1.1 海洋遥感的意义 1

    1.2 典型海洋遥感方法 3

    1.2.1 雷达高度计测量法 4

    1.2.2 微波散射计测量法 9

    1.2.3 微波辐射计测量法 11

    1.2.4 合成孔径雷达测量法 13

    1.3 GNSS-R海洋遥感原理 15

    1.4 GNSS-R应用 17

    1.4.1 海面风场反演 17

    1.4.2 海面测高 19

    1.4.3 海冰探测 22

    1.4.4 海面溢油探测 23

    1.4.5 星载GNSS-R任务 23

    1.5 小结 25

    参考文献 26

    第2章 GNSS-R信号特征及处理 33

    2.1 GNSS-R几何模型 33

    2.1.1 几何关系 33

    2.1.2 时间关系 35

    2.2 GNSS反射信号模型 36

    2.2.1 反射信号数学描述 36

    2.2.2 反射信号相关函数 38

    2.2.3 反射信号相关功率 39

    2.2.4 反射信号噪声模型 42

    2.3 反射信号接收处理 43

    2.3.1 反射信号串行处理 43

    2.3.2 反射信号并行处理 44

    2.3.3 反射信号双块零拓展处理算法 45

    2.3.4 信号处理算法验证及分析 47

    2.4 小结 51

    参考文献 51

    第3章 岸基海况反演 52

    3.1 海况参数 52

    3.2 GNSS反射信号时间序列 56

    3.2.1 反射信号的时间特性 58

    3.2.2 反射信号的频谱特性 65

    3.3 基于时间序列的风速反演方法 71

    3.3.1 试验场景 71

    3.3.2 时域反演风速法 73

    3.3.3 频域反演风速法 79

    3.4 反射信号时延波形及其应用 80

    3.4.1 时延波形特征参数定义 80

    3.4.2 直射信号影响抑制 83

    3.4.3 风速反演结果分析 83

    3.5 智能算法在风速反演中的应用 85

    3.6 小结 87

    参考文献 87

    第4章 机载海风测量 89

    4.1 机载时延-多普勒相关功率计算 89

    4.1.1 一维时延相关功率曲线分析 91

    4.1.2 一维多普勒相关功率分析 95

    4.2 机载风速反演算法 98

    4.2.1 理论模型匹配反演法 98

    4.2.2 经验模型法 99

    4.2.3 智能风速反演 105

    4.2.4 误差分析 106

    4.3 机载试验 109

    4.3.1 三亚试验 109

    4.3.2 烟台试验 111

    4.4 机载风速反演验证 111

    4.4.1 实测数据预处理 111

    4.4.2 匹配算法 113

    4.4.3 经验模型及神经网络 115

    4.5 小结 116

    参考文献 116

    第5章 星载海风测量 117

    5.1 星载GNSS-R同步方法 117

    5.1.1 星载条件下的动态几何关系 117

    5.1.2 GNSS-R信号累加补偿法 118

    5.2 典型相关功率特征量 120

    5.2.1 归一化双基散射系数 120

    5.2.2 时延-多普勒观测值 121

    5.2.3 广义线性定义的特征量 122

    5.3 风速反演模型 123

    5.3.1 散射系数的简化 123

    5.3.2 数据获取 124

    5.3.3 时延-多普勒范围 125

    5.3.4 数据质量控制 126

    5.3.5 经验模型构建 127

    5.3.6 影响因素分析 130

    5.4 误差分析 131

    5.4.1 误差传递系数 131

    5.4.2 误差影响因素讨论 132

    5.5 多元组合在风速反演中的应用 133

    5.6 星载GNSS-R接收机通用结构 135

    5.7 小结 137

    参考文献 137

    第6章 协同法海面测高 139

    6.1 几何关系模型 139

    6.1.1 未考虑地球曲率 139

    6.1.2 考虑地球曲率 140

    6.2 时延观测量提取 142

    6.3 测高性能分析 146

    6.3.1 单点跟踪法测高精度 146

    6.3.2 模型匹配法测高精度 148

    6.4 测高精度提升 149

    6.4.1 提高信噪比 149

    6.4.2 增大接收机带宽 150

    6.4.3 采用高速率伪随机码 151

    6.4.4 多视技术 160

    6.4.5 大气误差校正 162

    6.5 岸基海面测高试验 165

    6.5.1 试验场景 165

    6.5.2 数据处理 166

    6.5.3 高度反演结果 167

    6.6 机载海面测高试验 168

    6.7 小结 169

    参考文献 170

    第7章 干涉法海面测高 172

    7.1 近地面信号干涉模型 172

    7.1.1 反射信号功率表达式 172

    7.1.2 时域信号的拟合 174

    7.2 海面测高模型 174

    7.2.1 振荡信号相位 174

    7.2.2 Lomb-Scargle周期图法 176

    7.2.3 测量高度分析 176

    7.2.4 接收机输出率 177

    7.3 陆基试验 178

    7.3.1 数据采集 178

    7.3.2 数据处理 179

    7.3.3 高度角上限的影响 181

    7.4 潮位测量试验 181

    7.5 小结 183

    参考文献 183

    第8章 海冰探测 185

    8.1 海冰反射信号特性 185

    8.1.1 海面粗糙度描述 185

    8.1.2 海冰反射信号分量 187

    8.2 岸基海冰探测阈值法 188

    8.2.1 阈值法基本原理 188

    8.2.2 试验及结果分析 189

    8.2.3 两种阈值法对比分析 192

    8.3 岸基海冰厚度反演 193

    8.3.1 经验模型 193

    8.3.2 试验及结果分析 195

    8.4 星载海冰探测 197

    8.4.1 海冰反射信号相关功率 197

    8.4.2 海冰空间分辨率 199

    8.4.3 海冰边界检测 201

    8.4.4 海冰智能检测算法 206

    8.5 小结 207

    参考文献 208

    第9章 GNSS-R海洋环境探测应用 209

    9.1 海面溢油探测 209

    9.1.1 探测原理 209

    9.1.2 影响因素分析 210

    9.1.3 时延-多普勒图的应用 211

    9.2 星载辅助海洋盐度探测 214

    9.2.1 海面亮温模型 215

    9.2.2 GNSS-R观测量 216

    9.2.3 GNSS-R辅助探测法 219

    9.3 GNSS-R海面SAR成像技术 220

    9.3.1 成像原理 221

    9.3.2 仿真分析 223

    9.4 小结 224

    参考文献 225

    展望 228
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