星載相控陣GNSS-R測(cè)高系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)

周 勃,秦 瑾,姚崇斌,馮劍鋒,杜璞玉,孟婉婷

(上海航天電子技術(shù)研究所,上海 201109)

0 引言

GNSS-R(global navigation satellite system-reflection)是利用導(dǎo)航衛(wèi)星L波段信號(hào)為發(fā)射源，以岸基、航空、星載等為平臺(tái)，通過(guò)GNSS-R探測(cè)裝置接收并處理海洋、陸地或目標(biāo)反射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特征要素提取或目標(biāo)探測(cè)的技術(shù)[1]。1993年，歐洲航空局(ESA)首次利用GNSS反射信號(hào)進(jìn)行海面測(cè)高，以提高時(shí)間/空間分辨率[2]。英國(guó)空間中心于2003年10月發(fā)射了UK-DMC災(zāi)難探測(cè)衛(wèi)星，收集了大量的GPS L1波段的海洋表面散射信號(hào)的原始數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了利用星載GNSS-R設(shè)備遙感海態(tài)參數(shù)、冰雪和陸地的可行性[3]。ESA于2008年啟動(dòng)了PARIS-IoD(passive reflectometry and interferometry system in-orbit demonstrator)項(xiàng)目，計(jì)劃發(fā)射以GNSS-R為主載荷的海面高程測(cè)量衛(wèi)星[4]。美國(guó)宇航局(NASA)于2012年開(kāi)展了颶風(fēng)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(cyclone global navigation satellite system，CYGNSS)項(xiàng)目，2016年12月以一箭八星的形式發(fā)射了CYGNSS颶風(fēng)監(jiān)視小衛(wèi)星，通過(guò)八星組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全球海洋南北緯35°以?xún)?nèi)地區(qū)的熱帶颶風(fēng)探測(cè)[5]。2014年，作為美國(guó)CYGNSS計(jì)劃的一部分，英國(guó)的Surrey研究中心研制的SGR-Resi搭載在TechDemoSat-1技術(shù)演示驗(yàn)證衛(wèi)星上，并發(fā)射成功[6]。我國(guó)GNSS-R海洋遙感技術(shù)于2002年起步，國(guó)內(nèi)相關(guān)單位仍停留在地面或機(jī)載試驗(yàn)驗(yàn)證階段[7]，且大部分軟件算法是基于傳統(tǒng)的本地碼相關(guān)，并沒(méi)有廣泛使用干涉式互相關(guān)算法。

國(guó)際社會(huì)軍事、政治、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使得人們對(duì)衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)載荷的要求越來(lái)越高，具有全天候、全天時(shí)、高分辨率、寬刈幅、短重訪(fǎng)時(shí)間優(yōu)勢(shì)的海洋應(yīng)用探測(cè)需求被提出，GNSS-R技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的微波遙感技術(shù)是一項(xiàng)嶄新的、有效的、低成本的微波遙感技術(shù)。本文以高精度海面高度探測(cè)載荷為主要研究目標(biāo)，采用干涉式互相關(guān)處理方式，開(kāi)展了星載多波束相控陣GNSS-R測(cè)高儀原理樣機(jī)研制以及外場(chǎng)試驗(yàn)工作，為星載業(yè)務(wù)化應(yīng)用提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 相控陣GNSS-R測(cè)高系統(tǒng)設(shè)計(jì)

星載GNSS-R測(cè)高系統(tǒng)一般搭載在低軌衛(wèi)星上，在接收導(dǎo)航衛(wèi)星直射信號(hào)的同時(shí)，可接收來(lái)自地球表面的導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)。該信號(hào)對(duì)定位求解是一種多徑干擾，通常采用各種方法加以抑制或消除，但從電磁波傳播基本理論角度看，該反射信號(hào)攜帶反射面的特性信息，反射信號(hào)的波形、極化特征、幅值、相位和頻率等參量的變化都直接反映反射面的物理特性，或直接與反射面相關(guān)。通過(guò)對(duì)反射信號(hào)的精確估計(jì)和接收處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)反射面物理特性的估計(jì)與反演[8]。ESA計(jì)劃2020年發(fā)射的GEROS(GNSS reflectometry, radio occultation and scatterometry)系統(tǒng)可能將是第一個(gè)具備中尺度海面高度測(cè)量的GNSS-R系統(tǒng)，其主要目標(biāo)是利用GNSS反射信號(hào)測(cè)量和繪制海面高度。GEROS與SWOT(surface water ocean topography)及ESA和NASA的雷達(dá)高度計(jì)的時(shí)-空尺度對(duì)比如圖1所示，GEROS可以在時(shí)間和空間尺度上擴(kuò)展雷達(dá)高度計(jì)的觀測(cè)能力，并可與之互相補(bǔ)充，有利于對(duì)復(fù)雜的海面中尺度結(jié)構(gòu)(10～100 km)進(jìn)行較高時(shí)間分辨率的觀測(cè)，對(duì)中尺度海洋動(dòng)力特征的建模、分析和預(yù)報(bào)提供獨(dú)一無(wú)二的數(shù)據(jù)支撐[9]。

1.1 GNSS-R測(cè)高原理

在海面高度測(cè)量中反射面的定義有兩種:一種是假設(shè)地球表面為水平，不考慮地球曲率，GNSS信號(hào)在地球表面發(fā)生鏡面反射，該方式用于以地基或低空飛行器方式進(jìn)行高度測(cè)量；另一種是采用地球橢球模型，考慮地球曲率對(duì)于反射的影響，該方式用于以高空飛行器或星載方式進(jìn)行海面高度測(cè)量。在考慮地球曲率影響的條件下，建立GNSS-R測(cè)高幾何路徑延遲模型，如圖2所示[10]。

圖2中：rE為地球球面半徑，以高斯密切球進(jìn)行擬合；rE是接收機(jī)緯度B的函數(shù)，

(1)

式中:a為在WGS-84坐標(biāo)系下定義的地球半長(zhǎng)軸;e為偏心率。圖2中：rs為鏡面反射點(diǎn)到地心的距離；H為接收機(jī)的高度；θ為鏡面反射點(diǎn)處的衛(wèi)星高度角；γ為鏡面反射點(diǎn)的方向角。

根據(jù)圖2中幾何關(guān)系可知，當(dāng)精確測(cè)量出反射信號(hào)相對(duì)于直射信號(hào)總的延遲路徑ρE后，即可得

(2)

得到接收機(jī)的高度H與延遲路徑ρE關(guān)系為

(3)

1.2 測(cè)高系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于GNSS信號(hào)從20 000 km的高空傳播到地面，其傳播時(shí)間需進(jìn)行修正，主要有電離層誤差、對(duì)流層誤差，需根據(jù)相應(yīng)誤差模型進(jìn)行校正。因此，GNSS-R測(cè)高系統(tǒng)工作在GPS L1、L2頻點(diǎn)和北斗B1、B2頻點(diǎn)，通過(guò)接收一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的兩個(gè)載波頻率來(lái)消除電離層誤差。GNSS-R海洋測(cè)高系統(tǒng)為收發(fā)分置，類(lèi)似雙基雷達(dá)前向散射模式進(jìn)行遙感探測(cè)，將直射信號(hào)直接與反射信號(hào)進(jìn)行干涉式相關(guān)處理得到一維時(shí)延相關(guān)功率譜進(jìn)行測(cè)高，需要采用高增益的直射和反射天線(xiàn)以提高前端的信號(hào)信噪比，多個(gè)天線(xiàn)波束可對(duì)不同的區(qū)域進(jìn)行覆蓋，擴(kuò)大覆蓋范圍。因此GNSS-R測(cè)高系統(tǒng)由上視多波束相控陣天線(xiàn)、下視多相控陣天線(xiàn)和多普勒延遲映射接收機(jī)組成，天線(xiàn)增益為18 dB，掃描范圍為±30°，天線(xiàn)波束數(shù)為對(duì)天對(duì)地各4個(gè)，上視天線(xiàn)不同的波束分別對(duì)準(zhǔn)不同的GNSS衛(wèi)星，下視相控陣天線(xiàn)不同的波束分別對(duì)準(zhǔn)上視天線(xiàn)波束鎖定的GNSS衛(wèi)星對(duì)應(yīng)的鏡面反射點(diǎn)。系統(tǒng)組成框圖如圖3所示。

1.3 可見(jiàn)星數(shù)目及波束數(shù)量仿真

根據(jù)GNSS-R幾何關(guān)系，計(jì)算GNSS-R測(cè)高系統(tǒng)同時(shí)可見(jiàn)的直射信號(hào)和反射信號(hào)的數(shù)目，根據(jù)STK軟件的仿真結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)目時(shí)間段的統(tǒng)計(jì)時(shí)間為6 h，上視天線(xiàn)的波束掃描范圍為±30°，導(dǎo)航衛(wèi)星為GPS和北斗(BD)衛(wèi)星，星數(shù)目仿真結(jié)果分別圖4所示。大部分可見(jiàn)星時(shí)間段的衛(wèi)星數(shù)目為2、3、4個(gè)，最大可達(dá)到7個(gè)，可見(jiàn)的平均衛(wèi)星數(shù)目為3個(gè)左右，這也是系統(tǒng)將相控陣波束數(shù)目制定為4的原因，若為兼容其他導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星信號(hào)，且天線(xiàn)掃描波束范圍更大，則波束個(gè)數(shù)就有擴(kuò)展的必要。

1.4 系統(tǒng)工作模式及鏡面反射點(diǎn)仿真

由于系統(tǒng)采用多波束相控陣天線(xiàn)，對(duì)地/對(duì)天的4個(gè)波束既可分時(shí)工作也可同時(shí)工作，如圖5所示。鏡面反射點(diǎn)軌跡決定了系統(tǒng)的工作模式，因此，系統(tǒng)工作時(shí)需要對(duì)遙控/自主工作模式、GPS單模/BD單模/GPS+BD雙模導(dǎo)航系統(tǒng)、不同天線(xiàn)波束數(shù)量進(jìn)行選擇，進(jìn)行天線(xiàn)波束調(diào)度后，制定選星策略，根據(jù)LEO衛(wèi)星軌道信息，進(jìn)行鏡面反射點(diǎn)預(yù)測(cè)，分別計(jì)算出上視/下視相控陣天線(xiàn)的波束指向角度，完成直射信號(hào)與反射信號(hào)的通道配置，分別輸出到相關(guān)器單元的對(duì)應(yīng)通道。系統(tǒng)的工作流程如圖6所示。

圖7是星載情況下系統(tǒng)工作示意圖，當(dāng)可視衛(wèi)星數(shù)目不小于天線(xiàn)的波束數(shù)目時(shí)，工作在四波束模式(location1)；反之，工作在雙波束模式(location2)。

設(shè)定LEO衛(wèi)星高度為830 km，相控陣天線(xiàn)的掃描范圍為±30°，GPS衛(wèi)星數(shù)量為24顆，BD衛(wèi)星數(shù)量為30顆，進(jìn)行24 h的鏡面反射點(diǎn)仿真。GPS導(dǎo)航衛(wèi)星單模工作時(shí)鏡面反射點(diǎn)仿真如圖8所示。

BD導(dǎo)航衛(wèi)星單模工作時(shí)鏡面反射點(diǎn)仿真如圖9所示。

GPS+BD雙模工作的鏡面反射點(diǎn)仿真如圖10所示。雙模工作時(shí)，因?yàn)閷?dǎo)航衛(wèi)星數(shù)量較多，所以鏡面反射點(diǎn)數(shù)量也較單模工作時(shí)增加。

此時(shí)，如果通過(guò)多星組網(wǎng)，可有效地提高時(shí)間分辨率，圖11顯示了4星組網(wǎng)鏡面反射點(diǎn)覆蓋范圍，在24 h內(nèi)基本可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。

2 相控陣GNSS-R測(cè)高系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 上視/下視相控陣天線(xiàn)

在整個(gè)系統(tǒng)中，相控陣天線(xiàn)是最重要、最復(fù)雜的子系統(tǒng)。上視或者下視相控陣天線(xiàn)只有極化方式不同，故下視天線(xiàn)的設(shè)計(jì)僅輻射元設(shè)計(jì)與上視天線(xiàn)有差別，其余與上視天線(xiàn)陣列一致。相控陣天線(xiàn)在信號(hào)合成時(shí)，頻率較低時(shí)一般采用射頻電纜網(wǎng)絡(luò)，其缺點(diǎn)在于要求電纜長(zhǎng)度完全一致，在通道數(shù)較多時(shí)，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，電纜數(shù)量較多，幅度、相位一致性難以保證，調(diào)試、測(cè)試工作量大，容易出錯(cuò)。因此相控陣天線(xiàn)在實(shí)現(xiàn)時(shí)，摒棄了傳統(tǒng)的電纜連接方式，通過(guò)改用帶狀線(xiàn)直接進(jìn)行微波信號(hào)合成，整個(gè)綜合饋電網(wǎng)絡(luò)的厚度小于3 cm，有效降低了天線(xiàn)的質(zhì)量和厚度。

整個(gè)天線(xiàn)陣面采用層疊式安裝結(jié)構(gòu)，如圖12所示。依靠蜂窩板將射頻前端的64個(gè)四通道接收組件、波束控制器、激勵(lì)器和電源板安裝于綜合饋電網(wǎng)絡(luò)板上，并與天線(xiàn)單元相連，集微波信號(hào)放大、多通道波束合成、天線(xiàn)指向波控碼計(jì)算和配相、多波束開(kāi)關(guān)選通于一體。相比使用電纜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行饋電，陣面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，調(diào)試容易，電磁兼容性和穩(wěn)定性好。

2.2 多普勒延遲映射接收機(jī)

多通道射頻接收單元和相關(guān)器單元組成多普勒延遲映射接收機(jī)。多通道射頻接收單元負(fù)責(zé)射頻信號(hào)的分離、變頻、放大；相關(guān)器單元對(duì)工作模式、測(cè)量模式進(jìn)行選擇，根據(jù)導(dǎo)航定位解等信息完成選星策略和鏡面反射點(diǎn)預(yù)測(cè)，分別計(jì)算出上視/下視相控陣天線(xiàn)波束指向角度。同時(shí)將中頻模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)高速采集后進(jìn)行濾波、重量化，再進(jìn)行直射-反射通道的互相關(guān)處理，得到一維時(shí)延相關(guān)功率譜。圖13所示為多普勒延遲映射接收機(jī)分層結(jié)構(gòu)及樣機(jī)實(shí)物圖。

反射信號(hào)的相延多普勒測(cè)圖(DDM)曲線(xiàn)通常有2種相關(guān)處理算法可得：1)clean replica算法，即傳統(tǒng)的GNSS-R相關(guān)處理算法，將接收到的反射信號(hào)和本地生成的CA碼或者民用P碼進(jìn)行相干積分、非相干累加;2)干涉式(interferometric)算法，利用的是全碼互相關(guān)，即將導(dǎo)航衛(wèi)星上面調(diào)制的CA碼、P碼、M碼全部進(jìn)行混合相關(guān)，具體操作是直接將反射信號(hào)與直射信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)操作，由于直射信號(hào)和反射信號(hào)是同源信號(hào)，可得到全碼互相關(guān)曲線(xiàn)。值得注意的是，全碼互相關(guān)時(shí)，噪聲也進(jìn)行了互相關(guān)，所以得到的DDM曲線(xiàn)的噪底較大，信噪比稍微比clean replica算法低一點(diǎn)，這也正是采用干涉式互相關(guān)算法時(shí)通常會(huì)使用高增益天線(xiàn)(>20 dB)的原因。但由于其互相關(guān)曲線(xiàn)包含了P碼、M碼等高速碼的自相關(guān)信息，其互相關(guān)曲線(xiàn)具有更尖銳的尖峰，曲線(xiàn)的斜率也較大，峰值部分的寬度也較窄，更利于尋找精確的鏡面反射點(diǎn)位置，所以反演可得到更高的精度。在星載環(huán)境下，使用干涉式算法要比傳統(tǒng)的clean replica算法獲得更好的測(cè)高精度。

集成后的GNSS-R測(cè)高儀如圖14所示。在天線(xiàn)暗室里對(duì)相控陣天線(xiàn)進(jìn)行測(cè)試，上視相控陣天線(xiàn)和下視相控陣天線(xiàn)測(cè)試結(jié)果如表1所示，測(cè)試方向圖分別如圖15和圖16所示。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，天線(xiàn)增益測(cè)試結(jié)果基本與理論計(jì)算基本一致，在±30°的掃描范圍內(nèi)，天線(xiàn)增益為18 dB，掃描波束角度和波束寬度均滿(mǎn)足系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求。

整個(gè)系統(tǒng)的最終測(cè)試結(jié)果如表2所示。

2.3 系統(tǒng)安裝及搭載方式

相控陣天線(xiàn)傳統(tǒng)的安裝方式有兩種：一種是上視天線(xiàn)和下視天線(xiàn)分開(kāi)安裝，相控陣上視天線(xiàn)安裝于衛(wèi)星平臺(tái)對(duì)天面，相控陣下視天線(xiàn)安裝于衛(wèi)星平臺(tái)對(duì)地面，如圖17所示;一種是多波束相控陣天線(xiàn)采用雙面一體式安裝結(jié)構(gòu)，發(fā)射時(shí)收攏在衛(wèi)星本體，在軌時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)展開(kāi)機(jī)構(gòu)展開(kāi)至水平，上視天線(xiàn)朝向天頂，下視天線(xiàn)朝向天底，且衛(wèi)星平臺(tái)對(duì)天線(xiàn)波束無(wú)遮擋，如圖18所示。這兩種方式可根據(jù)平臺(tái)來(lái)調(diào)整。

表1 上視和下視相控陣天線(xiàn)測(cè)試結(jié)果

項(xiàng)目實(shí)測(cè)指標(biāo)工作頻段BD-2B1、B2頻點(diǎn);GPSL1、L2頻點(diǎn)天線(xiàn)增益≥18.44dB天線(xiàn)波束數(shù)對(duì)天對(duì)地各4個(gè)掃描范圍±32°天線(xiàn)尺寸1400mm×1200mm×140mm天線(xiàn)質(zhì)量69.3kg天線(xiàn)功耗142W

相比傳統(tǒng)安裝方法，還可以進(jìn)行載荷平臺(tái)一體化設(shè)計(jì)。ESA提出的Cookie衛(wèi)星，就是將GNSS-R載荷與衛(wèi)星平臺(tái)一體化設(shè)計(jì)，如圖19所示。衛(wèi)星形狀是一個(gè)扁平的圓柱形，像一塊圓形的餅干，上視和下視相控陣天線(xiàn)位于Cookie的中部區(qū)域，邊緣區(qū)域提供載荷電子產(chǎn)品、平臺(tái)子系統(tǒng)和太陽(yáng)能帆板，Cookie衛(wèi)星可以在火箭中垂直層疊安裝，實(shí)現(xiàn)8顆衛(wèi)星一箭發(fā)射[11]。

3 外場(chǎng)試驗(yàn)及定標(biāo)實(shí)驗(yàn)

在相控陣天線(xiàn)和多普勒延遲映射接收機(jī)調(diào)試完畢后，開(kāi)展了外場(chǎng)試驗(yàn)和定標(biāo)實(shí)驗(yàn)工作，用以驗(yàn)證系統(tǒng)的功能、工作流程及軟件算法的正確性。具體目的為：

1) 驗(yàn)證系統(tǒng)信息流、鏈路的完整性和正確性；

2) 驗(yàn)證系統(tǒng)工作模式及軟件算法的正確性；

3) 驗(yàn)證輸出的互相關(guān)功率譜的可用性和正確性。

3.1 外場(chǎng)試驗(yàn)

測(cè)高儀系統(tǒng)需安置在臨近海岸邊的高地、斷崖或者距離水面的塔臺(tái)上，海拔高度大于20 m，安裝于海邊高地時(shí)需要距離海面20 m，外場(chǎng)試驗(yàn)在舟山某海洋站開(kāi)展，下視天線(xiàn)陣面朝向海面，接收從海面反射回來(lái)的反射信號(hào)，上視天線(xiàn)陣面朝天放置接收直射導(dǎo)航信號(hào)，如圖20所示。

測(cè)試時(shí)，同時(shí)通過(guò)BDM610導(dǎo)航接收機(jī)接收GNSS導(dǎo)航直射信號(hào)，并在地面測(cè)試設(shè)備軟件上顯示星空視圖，如圖21所示。海面上的鏡面反射點(diǎn)位置如圖22所示。

反演時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行互相關(guān)，經(jīng)過(guò)GNSS-R互相關(guān)處理得到相關(guān)功率曲線(xiàn)，如圖23所示。

在外場(chǎng)試驗(yàn)中，GNSS-R測(cè)高儀能實(shí)現(xiàn)對(duì)GNSS直射信號(hào)和海面反射信號(hào)的接收和處理，驗(yàn)證了系統(tǒng)信息流鏈路的完整性和正確性、GNSS-R多普勒延遲映射接收機(jī)輸出的互相關(guān)功率譜的可用性、及系統(tǒng)工作模式及軟件算法的正確性，同時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)海面觀測(cè)數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)分析和處理提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.2 定標(biāo)實(shí)驗(yàn)

為了進(jìn)一步對(duì)GNSS-R測(cè)高儀測(cè)高精度進(jìn)行定標(biāo)，利用某單位造波池開(kāi)展定標(biāo)實(shí)驗(yàn)。將GNSS-R測(cè)高儀搭載在造波池上方的桁架上，桁架高度升至20 m，這樣可以保證上視天線(xiàn)水平對(duì)天，下視天線(xiàn)水平對(duì)水面。定標(biāo)實(shí)驗(yàn)開(kāi)展如圖24所示。

隨著桁架升高，在升起的過(guò)程中，相關(guān)峰的形態(tài)越來(lái)越明顯，噪底越來(lái)越低，峰值的位置也不斷向后移動(dòng)。當(dāng)桁架高度處在最低時(shí)，即接收機(jī)距離水面高度為5 m時(shí)，得到的相關(guān)功率曲線(xiàn)如圖25所示。

峰值位于0點(diǎn)處，與預(yù)期的結(jié)果一致。隨著桁架的高度變化，相關(guān)功率峰值點(diǎn)的位置不斷變化。由于當(dāng)前的時(shí)延分辨率為1/20 MHz，因此對(duì)應(yīng)的距離分辨率為15 m，不考慮其他的路徑延遲(電離

層、對(duì)流層等)，根據(jù)GNSS-R幾何關(guān)系，接收機(jī)距離水面的高度變化約7 m，相關(guān)功率峰值將移動(dòng)一個(gè)延遲點(diǎn)。當(dāng)桁架升高到距離水面7 m時(shí)，相關(guān)功率峰值點(diǎn)后移(向右移動(dòng))一個(gè)時(shí)延點(diǎn)；當(dāng)桁架升高到14 m時(shí)，相關(guān)功率曲線(xiàn)峰值點(diǎn)后移到第2個(gè)延遲采樣點(diǎn)處。當(dāng)桁架升高到20 m時(shí)，相關(guān)功率曲線(xiàn)峰值點(diǎn)后移到第3個(gè)延遲采樣點(diǎn)處，如圖26所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：隨著桁架高度的升高，測(cè)高儀與水面之間的相對(duì)距離越來(lái)越大，GNSS-R測(cè)高儀輸出的時(shí)延一維互相關(guān)功率譜曲線(xiàn)的峰值位置不斷后移，信噪比也不斷增大。該規(guī)律曲線(xiàn)可供水面高度反演使用。通過(guò)對(duì)微波遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，與桁架的實(shí)測(cè)高度進(jìn)行對(duì)比，系統(tǒng)可以達(dá)到10 cm的測(cè)高精度，符合指標(biāo)要求，反演精度如表3所示。

表3 反演高度與實(shí)測(cè)高度的對(duì)應(yīng)表

4 結(jié)束語(yǔ)

從系統(tǒng)層面出發(fā)，詳細(xì)介紹了星載相控陣GNSS-R測(cè)高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、集成和外場(chǎng)試驗(yàn)。驗(yàn)證了相控陣GNSS-R測(cè)高系統(tǒng)的功能、工作流程及軟件算法。GNSS-R測(cè)高系統(tǒng)適用于中尺度海洋現(xiàn)象的觀測(cè)，可在時(shí)間和空間尺度上擴(kuò)展雷達(dá)高度計(jì)的觀測(cè)能力，并與之相互補(bǔ)充，有利于對(duì)復(fù)雜的海面中尺度結(jié)構(gòu)進(jìn)行較高時(shí)間分辨率的觀測(cè)，可為我國(guó)東南沿海地區(qū)的海浪預(yù)報(bào)、臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)、海嘯預(yù)報(bào)、潮汐模型提供高時(shí)效的微波遙感數(shù)據(jù)，在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用前景廣闊。

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