GNSS海面高度测量与误差分析

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1、学校代码：10264研究生学号：M150551701上海海洋大学硕士学位论文（国家自然科学基金项目资助，编号：41376178;41401489;41506213）题目：GNSS海面高度测量与误差分析英文题目：SeaSurfaceAltimetryUsingGNSSSignalandAnalysisofDeviation专业：计算机技术研究方向：导航遥感姓名：沈思明指导老师：韩彦岭张云二〇一八年四月六日上海海洋大学硕士学位论文上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在

2、导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制

3、手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保密□，在年解密后适用本版权书。不保密□学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日I上海海洋大学硕士学位论文上海海洋大学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名工作单位职称备注II上海海洋大学硕士学位论文GNSS海面高度测量与误差分析摘要海面高度是海洋重要物理参数之一，对沿海人们的生活和生产有着重要影响。海面高度测量是GNSS技术的重要应用之一，海面高度的监测对海啸、风暴潮预警等有着重要意义。全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GN

4、SS）包括了GPS、北斗、GLONASS，伽利略等导航卫星系统，该系统可在全球范围内进行定位、导航，并且能够提供持续，稳定，无偿的卫星信号。当GNSS信号在经过地球表面反射时，会与地球表面发生相互作用产生随机散射，导致信号之间的反射分量混合重叠，信噪比、码延迟相位、载波相位等卫星信号的物理信息都会发生变化，此时GNSS反射信号的信号延迟与多普勒频移均携带了地球表面反射面的物理信息，因此可以根据GNSS反射信号的特性来反演地球表面的各种物理参数，这种技术称之为GNSS反射信号技术。GNSS技术主要依赖于全球导航卫星源源不断的卫

5、星信号，是一种无源遥感技术，其有着时空分辨率高，价格低，不受天气影响等优点，在近些年来成为国内外航天，遥感，海洋科学等领域的研究热点。目前该技术在海面测高、海面风场反演、海冰监测、土壤湿度检测等诸多领域有着广泛的应用。目前的GNSS海面测高主要有伪码测高和相位测高两种方法。伪码测高使用的是卫星信号的C/A码，其模型简单、易于实现、应用较广，但是受限于C/A码的码片长度（一个码片长度约为291.3m），伪码测高的精度较低。相位测高的精度较高，但是其要求反射信号的相位连续，当反射面比较粗糙的情况下难以实现高度反演。GNSS反射信

6、号海面高度测量的误差源主要包括电离层延迟、大气延迟、接收天线误差以及海面粗糙度，目前尚没有学者对反射面的粗糙度对测高误差的影响进行深入的分析，因此本文提出了利用反射信号的相位差表征海面粗糙度的方法，根据该方法建立了一种粗糙度误差修正模型，并进行了实验验证，成功验证了利用反射信号相位差表征反射面粗糙度的可行性以及粗糙度修正模型的性能，利用本文建立的误差修正模型，可将码测高精度提高10%以上。本文的主要研究内容如下：1.详细的介绍了GNSS系统扩频通信技术的相关原理，结合软件接收机的模块结构对卫星信号的捕获与跟踪做了简要的介绍。

7、III上海海洋大学硕士学位论文2.对假设地球表面为水平面和考虑地球曲率对测高精度的影响的两种测高几何模型进行了阐述，并分析了两种模型的使用场景，重点介绍了目前GNSS测高的两种方法，码测高以及相位测高。3.分析了GNSS海面高度测量中常见的误差源，并着重阐述了反射面粗糙度在海面高度测量中的重要性，对电磁波的传播、极化、反射做了详细的介绍，对海面粗糙度的统计描述进行了重点分析，主要研究了如何利用海浪谱，有效波高测量方法ICF进行海面粗糙度的描述，在此基础上提出本文的核心部分：提出了一种新的表征反射面粗糙度的方法，并在此方法的基

8、础上，建立了码测高的粗糙度误差修正模型。4.进行了两次实验，上海市滴水湖湖面实验，舟山市朱家尖海面实验。对实验结果的分析后，我们发现，北斗10号卫星，使用了粗糙度修正模型后，测高精度提升了0.02m，约提升了14%；对于GPS7号卫星，在使用了误差修正模型后，反演高度误差RMS值从0.45