低轨卫星的北斗反射信号海洋覆盖分析

北斗系统作为我国自行研制的导航系统,具有独特的混合星座特性,其反射事件在海洋上的空间分布和覆盖性能的研究成果较少。针对上述问题,模拟了北斗三号(Beidou System 3,BDS3)以及全球定位系统(Global Positioning System,GPS)空间星座,模拟不同性能参数的低轨接收卫星,在此仿真系统的基础上,计算反射事件在各仿真场景下的海洋覆盖率以及同时发生反射事件的卫星数量。结果表明:BDS3与GPS相比具有更大的反射事件海洋覆盖率,覆盖性能更优;仿真周期7天与1天相比,前者卫星产生的反射事件海洋覆盖率约为后者5倍;低轨道卫星(Low Earth Orbit,LEO)轨道高度越高,天线波束角度越大,反射事件海洋覆盖率越大;3颗LEO卫星下同时发生反射事件卫星数的平均值约为单颗LEO卫星的3倍。可通过设计多星组网来提高反射事件海洋覆盖率。研究结果对星载反射技术海洋遥感应用方面有一定的参考价值。

卫星授时信号干扰抑制技术研究

本文介绍了北斗卫星导航系统的基本情况,针对北斗卫星导航系统授时信号的特点,分析常见的干扰信号类型与特点,重点针对窄带和宽带干扰信号进行特性分析,并提出有效的干扰抑制技术,为开展具有抗干扰功能北斗授时接收机的研制,提供明确的技术路线。引言:北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统,致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务。北斗系统的独立自主,对于我们国家来说具有重要的战略意义。

GNSS-R信噪比信号在海面测高技术的研究综述

自全球卫星导航反射信号(GNSS-R)概念提出以来,GNSS-R被广泛应用于遥感方面.如海面测高,海面风场反演,海冰检测等多个方面.文中主要介绍了GNSS-R遥感技术在海面测高的应用和研究进展,着重介绍了基于信噪比(SNR)数据测量方法的研究进展,简述了SNR数据测量方法所涉及的理论和信号处理的办法,并根据现有的研究进展,对未来海面测高的发展方向进行展望.

GNSS反射信号陆面遥感应用综述

全球卫星导航系统(GNSS)发展至今已有半个多世纪,不仅可以为用户提供导航、定位和授时(PNT)服务,还可用于地球遥感,其应用超乎想象.本文基于GNSS反射信号(GNSS-R)的应用,系统介绍了GNSS-R的基本概念和信号特征,重点针对陆面遥感应用进行了综述,并就未来可能的发展方向做出分析,可为GNSS-R的应用提供一个重要的参考.

地基北斗GEO卫星直反信号功率测量偏差分析

针对接收天线方向性造成的北斗地球同步轨道(GEO)卫星直反信号功率测量偏差进行研究。给出地基场景下实际天线接收的直反信号及其功率表达式,讨论天线方向性造成的北斗GEO卫星直反信号功率测量相对偏差,设置具体观测场景进行仿真分析。理论与仿真结果表明:具体场景和时刻下的北斗GEO卫星直反信号功率测量偏差为固定偏差,由天线对干扰信号的抑制性能、天线架设高度和反射面介电常数共同决定;相对偏差的大小随着天线对干扰信号抑制性能的增强而减小,随着天线架设高度的变化在某一范围内波动,也会随着反射面介电常数的变化而变化。

利用GPS卫星信号信噪比的土壤湿度反演方法

为了进一步研究裸土区域表层土壤湿度的全球卫星导航系统反射信号干涉测量(GNSS-IR)遥感,提出1种利用GPS卫星信号信噪比数据的土壤湿度反演方法:建立振幅、相位、频率观测量与土壤湿度间的多元线性回归模型;并对振幅观测量取对数作非线性变换,以提升性能。实验结果表明:多元回归模型预测结果对比原位数据,平均均方根误差(RMSE)为2.43%;非线性变换后平均均方根误差为1.23%,比线性变换前降低49.27%。

基于GNSS多径信号的反射面参数估计算法

全球卫星导航系统(GNSS)多径信号广泛存在于城市峡谷等复杂导航定位场景中.多径信号在干扰GNSS接收机并造成系统定位精度下降的同时,也为接收机提供了周边反射面环境信息.在码相位延迟幅度联合跟踪算法(CADLL)实现GNSS多径信号感知和特征参数提取的基础上,设计实现了基于粒子滤波的反射面参数估计算法.该算法可以在GNSS多径环境中增强接收机的环境感知能力,相关环境信息可应用于场景感知、避障、路径规划和定位增强等领域.静态环境下进行GNSS多径信号采集和算法测试,实验结果表明该算法能够有效估计反射面位置参数,反射面方位角均方根误差(RMSE)小于10°,反射面俯仰角RMSE小于5°,反射面距离RMSE小于10 m.

全球首款导航用量子加速度计研发成功

英国帝国理工学院研究人员和M Squared公司组成的一个研究团队,在英国国家量子技术展示会上展示了全球首款用于导航的可移动、可商用的量子加速度计。这款量子“罗盘”是一个不依赖任何全球卫星导航系统的防干扰导航装置,不依赖任何外部信号,避免了卫星信号可能遭到封锁、拦截,甚至蓄意破坏或攻击,导致无法准确导航,能确定地球上任何地方的精确位置。

北斗系统在海风海浪探测中的应用研究

利用导航卫星的反射信号进行对地观测是一个新型的应用方向,北斗卫星导航系统的同步轨道、中轨道和倾斜轨道所构成的混合星座构成,使其在对地观测领域具有独特的优势,海风海浪观测是其重要应用之一。首先分析了国内外利用全球卫星导航系统反射信号进行海风海浪探测的情况,然后介绍北斗卫星反射信号接收机的设计及北斗应用软件系统设计。使用所设计的北斗反射信号海风海浪探测系统,在广东省深圳市进行了近3个月的台风探测实验,验证了北斗反射信号进行海风海浪探测的可行性。

星载GNSS-R监测海面目标技术进展

全球卫星导航系统(GNSS)因其直射信号经海面反射后,反射信号会携带海面物理信息,由此开辟了一种在遥感应用中有巨大潜力的全球卫星导航反射信号(GNSS-R)技术,国内外在星载GNSS-R监测海面领域取得进展.本文总结了应用星载GNSS-R数据监测海面目标的进展,然后针对星载GNSS-R监测海面目标技术从最初实验、基于延迟多普勒图(DDM)观测值监测、基于反演散射系数监测、应用神经网络监测四个方面进行了总结和归纳.

GNSS-R海面风场数据处理技术探讨

为进一步提高海面风速反演精度,提出1种基于GNSS-R的海面风场数据处理技术:指出需要进行功率校准的原因是由于接收机增益随温度变化,使接收到的信号功率(校准前)受温度影响,导致在不同温度环境下,反演风速不一致;给出接收到的信号功率、噪声功率以及当载荷信号源变为定标负载时的噪声功率随温度的变化规律,分析利用3者之间的关系,可消除温度对功率的影响,从而实现功率校准。实验结果表明,星载条件下应用该功率校准过程的反演精度可提高4.5158 m/s,能够有效消除温度对风速反演结果的影响。

基于GNSS-R的移动目标探测技术研究

全球卫星导航反射信号(GNSS-R)移动目标探测技术是一种针对目标区域进行遥感探测的新型探测手段.从技术机理上,GNSS-R移动目标探测技术为无源双基地雷达,具有与有源雷达截然不同的信号传播模型.通过分析GNSS信号传播的几何构型,对监测区域特征进行分析,判断探测区域是否出现移动目标.经过实验验证,当移动物体经过监测区域,系统能够准确地探测到移动目标并计算出目标高度及位置信息.

无人机GNSS-R时延多普勒计算关键技术

针对海面风场反演中,采用不同的镜面反射点估计算法计算结果存在较大差异,导致等延迟环和等多普勒带的大小和分布不同,从而使得散射信号二维时延-多普勒相关功率计算的不一致等问题,提出在机载场景下,利用接收机相对于卫星发射机的仰角,来计算二维相关值参考点的时延和多普勒的方法。实验结果与实测数据对比表明,机载条件下,采用该方法计算真实有效,且无需计算镜面反射点的位置,简化了计算过程。

星载GNSS-R准圆近似镜面反射点预测算法

利用GNSS反射信号进行遥感探测,已成为国内外遥感和导航技术领域研究热点之一。为满足星载GNSS-R对算法精度和效率的高要求,给出了一种新的准圆近似镜面反射点预测算法。介绍了该算法的基本思想和实现方法,仿真验证了准圆近似法的正确性,并就算法性能将其与现有的镜面反射点预测算法进行了仿真对比。仿真结果表明,准圆近似法具有精度高、运算速度快的优势,满足星载GNSS-R应用需求。

不同极化方式天线对GNSS-IR高度反演的影响

为了进一步探讨不同极化方式的天线对低成本接收机全球卫星导航系统干涉反射技术(GNSS-IR)高度反演的影响,采用智能手机荣耀60、u-blox M8N GNSS模块搭载圆极化低成本天线及测量型接收机中海达V90分别进行高度反演。结果表明,不同的天线极化方式使接收机信噪比(SNR)呈现不同的特性,线极化天线SNR震荡幅度和震荡区间更大;智能手机和低成本接收机均可用于GNSS-IR高度反演,其精度和测量型接收机相当甚至更优;3种设备中,加载线极化天线的荣耀60高度角可用区间范围更大,反演结果数更多,反演精度最高;对于线极化天线,不同的天线方向反演精度也不相同,其中水平放置时反演精度最高。因此,在进行GNSS-IR高度反演时,选择合适的接收机、合适极化方式的天线及其放置方向可更好地兼顾成本和反演精度。

小波变换与滑动窗口相结合的GNSS-IR雪深估测模型

GNSS干涉反射技术(GNSS interferometric reflectometry)是一种新型的地表雪深监测方式。针对当前信号分离不佳和随机估测偏差的问题,提出联合小波变换和滑动窗口构建一种多卫星融合的GNSS-IR雪深估测精化模型。该模型采用离散小波变换代替常用的多项式方法,获取高质量的信噪比序列。通过利用阈值约束下的滑动窗口筛选多卫星有效反射高度,并进行等权平均。以PBO H2O和SNOTEL的雪深数据为参考值,利用2016—2017年雪季的GNSS观测数据建立模型并验证精度。结果表明:①GNSS-IR精化模型估测结果与实测数据在整体趋势上保持高一致性;②与单颗卫星结果相比,多卫星融合估测结果在精度和稳定性方面明显改善,其均方根误差(RMSE)为10 cm,相较于PBO H2O减少了近50%。此外,考虑到地表粗糙度作为一种误差影响因素,采用新的反射高度基准修正的雪深估测相对RMSE误差约4 cm,同时估测值与实际值的相关系数达到0.98。

岸基GNSS单天线潮位高度小波分析反演

针对当前利用信噪比(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全球卫星导航系统(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,在中国浙江大洋山进行实验,采集了2018年4月至2018年5月近1个月的GNSS信号数据,对处理后获得的GNSS反射信号(GNSS-R)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,针对复杂环境下收集到的含噪声源的信号进行了小波去噪处理。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。

SVRM方法的单天线GNSS-R土壤湿度反演

针对单天线模式下GNSS-R土壤湿度反演中精度较差、稳定度不高的问题,提出一种SVRM辅助的土壤湿度测量方法:天线接收干涉信号的3个特征参量相位、幅度、频率均可用于土壤湿度反演,将三者同时作为SVRM的输入,土壤湿度实测值作为输出,对数据样本进行训练,并在独立测试集上进行验证。实验结果表明,利用SVRM能够有效提高土壤湿度反演的精度。

GNSS载噪比反演船载气象要素传感器距水面高度

船载气象要素传感器距水面高度是使用块体参数化方法预测近海面大气折射率廓线的必要参数,对于海面蒸发波导等无线电气象系统监测结果的准确性具有重要意义.利用全球卫星导航系统(GNSS)载噪比(CNR)时间序列反演船载气象要素传感器距水面高度.该方法提取船舶GNSS接收机输出的卫星信号CNR,采用Lomb Scargle周期谱分析GNSS直射信号与反射信号相干性,反演天线相位中心距水面高度.根据GNSS天线与气象要素传感器几何关系换算船载气象要素传感器距水面高度.利用趸船实验数据对该方法进行验证,统计有效反演次数,分析海况对反演结果的影响以及反演高度时均变化.结果表明:利用该方法反演船载气象要素传感器距水面高度是可行的.

GNSS-R岸基平台海面溢油面积探测方法

为了进一步研究岸基溢油面积的探测方法,提出一种利用卫星主要反射信号接收区域(闪耀区)作为探测单元,对目标区域溢油面积进行探测的方法:通过建立相关功率、反射率与海面特征参数3者之间的映射关系,对卫星所对应的闪耀区内海面相对介电常数进行反演,来判断该闪耀区内是否存在溢油;并通过多颗卫星在一段时间内对应闪耀区的叠加计算来对溢油的面积进行计算。实验结果表明该方法可以有效探测目标海域的溢油分布情况,并对溢油面积进行计算。