《GPS海面风场反演技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GPS海面风场反演技术.ppt（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、GPSGPS海面风场反演技术海面风场反演技术国家卫星海洋应用中心国家卫星海洋应用中心报报 告告 内内 容容 研究背景 GPS海面风场遥感机理与仿真分析 GPS海面风场反演方法 结论与展望一一 研究背景研究背景 海洋风场是海洋与大气作用的重要参数之一，海洋风海洋风场是海洋与大气作用的重要参数之一，海洋风场直接影响着大气与大洋环流以及海气相互作用，也是场直接影响着大气与大洋环流以及海气相互作用，也是研究风驱海流运动规律和海面油污扩散的必要条件。海研究风驱海流运动规律和海面油污扩散的必要条件。海洋风场是海洋研究不可缺少的部分。洋风场是海洋研究不可缺少的部分。 微波遥感是获取全球海面风场的重要手段，其
2、中星载微波遥感是获取全球海面风场的重要手段，其中星载散射计是遥感测量全球海面风场的主要传感器，散射计是遥感测量全球海面风场的主要传感器，SAR高高分辨力海面风场遥感技术已渐趋成熟，分辨力海面风场遥感技术已渐趋成熟，GNSS-R海面风海面风场遥感是一种从全球导航卫星前向散射微波信号中提取场遥感是一种从全球导航卫星前向散射微波信号中提取海面风场的新技术。海面风场的新技术。二二 GPSGPS海面风场遥感机理与仿真海面风场遥感机理与仿真GPSGPS海面风场遥感系统海面风场遥感系统海面风场遥感系统海面风场遥感系统GPSGPS信号特征信号特征信号特征信号特征GPSGPS信号相关功率模型及其散射区信号相关功
3、率模型及其散射区信号相关功率模型及其散射区信号相关功率模型及其散射区GPSGPS信号相关功率模型仿真信号相关功率模型仿真信号相关功率模型仿真信号相关功率模型仿真GPSGPS海面风场遥感系统海面风场遥感系统海面散射示意图海面散射示意图 遥感系统几何关系遥感系统几何关系 GPSGPS海面回波信号特征海面回波信号特征GPS L1GPS L1波段（频率波段（频率1575.42MHz1575.42MHz）对应海面的菲涅尔反射）对应海面的菲涅尔反射系数与卫星高度角的关系系数与卫星高度角的关系 GPS C/A码相关函数曲线码相关函数曲线 GPS C/A码相关函数与自相干函数表达式码相关函数与自相干函数表达式
4、GPSGPS海面回波信号特征海面回波信号特征经过粗糙海面散射，经过粗糙海面散射，信号发生扩散信号发生扩散 GPSGPS信号相关功率模型信号相关功率模型遥感器采集的相关功率信号是时间延迟和多普勒频率的函数。海面坡度分布的概率密度函数海面坡度分布的概率密度函数海面坡度分布的概率密度函数海面坡度分布的概率密度函数闪耀区类比图（图片摘自闪耀区类比图（图片摘自http:/） 散射区散射区闪耀区闪耀区闪耀区闪耀区散射区散射区等延迟区等延迟区等延迟区等延迟区等等 延延 迟迟 区区 的的 形形 状状 与与G GP PS S遥遥感感系系统统的的几几何何关关系系有有关关（如如卫卫星星高高度度角角、接接收收机机高高
5、度度）接收机高度接收机高度5km，接收机速度，接收机速度0.34km/s，航向，航向0散射区散射区等多普勒区等多普勒区等多普勒区等多普勒区等延迟线与等多普勒等延迟线与等多普勒区的形状与接收机速区的形状与接收机速度有关，发射机状态度有关，发射机状态的影响不大的影响不大等延迟区与等多普勒区（摘自等延迟区与等多普勒区（摘自A. Komjathy,2001 ）散射区散射区等多普勒区等多普勒区等多普勒区等多普勒区海面回波信号采集海面回波信号采集分辨单元是等多普分辨单元是等多普勒和等延迟区的交勒和等延迟区的交叉区叉区散射区散射区天线覆盖区天线覆盖区天线覆盖区天线覆盖区天线视场角天线视场角波束宽度波束宽度天
6、线天线天线增益覆盖区的大天线增益覆盖区的大小与天线的高度、天小与天线的高度、天线视场角有关线视场角有关海面海面风速速7m/s，风向，风向0，海面海水温度，海面海水温度25C，海水盐，海水盐度度35psu，GPS卫星高度角卫星高度角90，接收机高度，接收机高度6km，相，相干积分时间干积分时间10ms，接收机速度大小，接收机速度大小150m/s，航向，航向0 GPS GPS 海面回波信号相关功率模型仿真海面回波信号相关功率模型仿真三维曲面三维曲面三维曲面三维曲面GPS GPS 信号相关功率模型仿真信号相关功率模型仿真三维曲面三维曲面三维曲面三维曲面相关功率曲面由多参数决定，其中包括海面风带相关功
7、率曲面由多参数决定，其中包括海面风带来的曲面变化，可利用这种特征来反演风速风向来的曲面变化，可利用这种特征来反演风速风向海面风速海面风速7m/s，风向，风向0，海面海水温度，海面海水温度25C，海水盐度，海水盐度35psu，GPS卫星高度角卫星高度角90，接收机高度，接收机高度6km，相干积分，相干积分时间时间10ms，接收机速度大小，接收机速度大小150m/s，航向，航向0。 GPS GPS 海面回波信号相关功率模型仿真海面回波信号相关功率模型仿真二维曲线二维曲线二维曲线二维曲线相关功率曲线由多参数决定，其中风速对相关功率曲线峰值影相关功率曲线由多参数决定，其中风速对相关功率曲线峰值影响大，
8、风向仅影响相关功率曲线的后沿响大，风向仅影响相关功率曲线的后沿GPS GPS 海面回波信号相关功率模型仿真海面回波信号相关功率模型仿真二维曲线二维曲线二维曲线二维曲线GPS GPS 海面回波信号相关功率模型仿真海面回波信号相关功率模型仿真二维曲线二维曲线二维曲线二维曲线风速改变风速改变1m/s对相关功率曲线峰值的影响比风向对其的影响高对相关功率曲线峰值的影响比风向对其的影响高一个数量级，因此风向反演难度不风速反演难度大一个数量级，因此风向反演难度不风速反演难度大三三 GPSGPS海面风场反演方法海面风场反演方法通过比较实测和理论波形后沿斜率实现风速反演通过比较实测和理论波形后沿斜率实现风速反演
9、通过比较实测和理论波形后沿斜率实现风速反演通过比较实测和理论波形后沿斜率实现风速反演直接匹配整个波形进行风速反演直接匹配整个波形进行风速反演直接匹配整个波形进行风速反演直接匹配整个波形进行风速反演海面坡度方差主成分分析法海面坡度方差主成分分析法海面坡度方差主成分分析法海面坡度方差主成分分析法多卫星平均坡度方差估计法多卫星平均坡度方差估计法多卫星平均坡度方差估计法多卫星平均坡度方差估计法四四 结论与展望结论与展望1. GPS海面风场的遥感未实现成像，其海面风场反演方法和SAR有所差异。通过仿真分析和比较其反演方法，总结得到它的反演流程是先通过相关功率确定风速（忽略风向的影响），然后在风速确定的情况下再确定风向。风向的反演难度比风速反演难度大。 2. GPS海面风场遥感是一种从前向散射微波信 号中提取海面风场的新技术，尚处于起步阶 段，具有广阔的应用前景。谢谢！
