1、GPS海面風(fēng)場反演技術(shù),國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心,報 告 內(nèi) 容,研究背景 GPS海面風(fēng)場遙感機理與仿真分析 GPS海面風(fēng)場反演方法 結(jié)論與展望,一 研究背景,海洋風(fēng)場是海洋與大氣作用的重要參數(shù)之一，海洋風(fēng)場直接影響著大氣與大洋環(huán)流以及海氣相互作用，也是研究風(fēng)驅(qū)海流運動規(guī)律和海面油污擴散的必要條件。海洋風(fēng)場是海洋研究不可缺少的部分。 微波遙感是獲取全球海面風(fēng)場的重要手段，其中星載散射計是遙感測量全球海面風(fēng)場的主要傳感器，SAR高分辨力海面風(fēng)場遙感技術(shù)已漸趨成熟，GNSS-R海面風(fēng)場遙感是一種從全球?qū)Ш叫l(wèi)星前向散射微波信號中提取海面風(fēng)場的新技術(shù)。,二 GPS海面風(fēng)場遙感機理與仿真,GPS海面風(fēng)場遙感

2、系統(tǒng) GPS信號特征 GPS信號相關(guān)功率模型及其散射區(qū) GPS信號相關(guān)功率模型仿真,GPS海面風(fēng)場遙感系統(tǒng),海面散射示意圖,遙感系統(tǒng)幾何關(guān)系,GPS海面回波信號特征,GPS L1波段（頻率1575.42MHz）對應(yīng)海面的菲涅爾反射系數(shù)與衛(wèi)星高度角的關(guān)系,GPS C/A碼相關(guān)函數(shù)曲線,GPS C/A碼相關(guān)函數(shù)與自相干函數(shù)表達式,GPS海面回波信號特征,經(jīng)過粗糙海面散射，信號發(fā)生擴散,GPS信號相關(guān)功率模型,遙感器采集的相關(guān)功率信號是時間延遲和多普勒頻率的函數(shù)。,海面坡度分布的概率密度函數(shù),閃耀區(qū)類比圖（圖片摘自）,散射區(qū)閃耀區(qū),散射區(qū)等延遲區(qū),等延遲區(qū)的形狀與GPS遙感系統(tǒng)的幾何關(guān)系有關(guān)（如衛(wèi)星

3、高度角、接收機高度）,接收機高度5km，接收機速度0.34km/s，航向0,散射區(qū)等多普勒區(qū),等延遲線與等多普勒區(qū)的形狀與接收機速度有關(guān)，發(fā)射機狀態(tài)的影響不大,等延遲區(qū)與等多普勒區(qū)（摘自A. Komjathy,2001 ）,散射區(qū)等多普勒區(qū),海面回波信號采集分辨單元是等多普勒和等延遲區(qū)的交叉區(qū),散射區(qū)天線覆蓋區(qū),天線增益覆蓋區(qū)的大小與天線的高度、天線視場角有關(guān),海面風(fēng)速7m/s，風(fēng)向0，海面海水溫度25C，海水鹽度35psu，GPS衛(wèi)星高度角90，接收機高度6km，相干積分時間10ms，接收機速度大小150m/s，航向0,GPS 海面回波信號相關(guān)功率模型仿真三維曲面,GPS 信號相關(guān)功率模型仿

4、真三維曲面,相關(guān)功率曲面由多參數(shù)決定，其中包括海面風(fēng)帶來的曲面變化，可利用這種特征來反演風(fēng)速風(fēng)向,海面風(fēng)速7m/s，風(fēng)向0，海面海水溫度25C，海水鹽度35psu，GPS衛(wèi)星高度角90，接收機高度6km，相干積分時間10ms，接收機速度大小150m/s，航向0。,GPS 海面回波信號相關(guān)功率模型仿真二維曲線,相關(guān)功率曲線由多參數(shù)決定，其中風(fēng)速對相關(guān)功率曲線峰值影響大，風(fēng)向僅影響相關(guān)功率曲線的后沿,GPS 海面回波信號相關(guān)功率模型仿真二維曲線,GPS 海面回波信號相關(guān)功率模型仿真二維曲線,風(fēng)速改變1m/s對相關(guān)功率曲線峰值的影響比風(fēng)向?qū)ζ涞挠绊懜咭粋€數(shù)量級，因此風(fēng)向反演難度不風(fēng)速反演難度大,三 GPS海面風(fēng)場反演方法,通過比較實測和理論波形后沿斜率實現(xiàn)風(fēng)速反演 直接匹配整個波形進行風(fēng)速反演 海面坡度方差主成分分析法 多衛(wèi)星平均坡度方差估計法,四 結(jié)論與展望,1. GPS海面風(fēng)場的遙感未實現(xiàn)成像，其海面風(fēng)場反演方法和SAR有所差異。 通過仿真分析和比較其反演方法，總結(jié)得到它的反演流程是先通過相關(guān)功率確定風(fēng)速（忽略風(fēng)向的影響），然后在風(fēng)速確定的情況下再確定風(fēng)向。 風(fēng)向的反演