GNSS+R反射测量技术的原理与方法

传统型GNSS+R

这种测高一般是采用传统的大地测量型接收机，利用载波相位观测值作为原始观测量，得到直射信号与反射信号的传播路程差，再根据几何关系得到反射面的高度。如在湖边、海岸或海岛上架设GNSS接收机，进行GNSS+R测高试验，这就是岸基测高。其所架设的接收机高度都较低，其天线的照射面积决定有效的水面散射面积，可有效代替传统的验潮站测量模式。GNSS接收机对所接收到的直射信号与表面反射信号进行相关，并通过测量相关函数的最大值的位置得到时间延迟T，进而可求得接收机到反射面的高度H。在飞机或气球上假设GNSS接收机进行的GNSS+R测高试验就是机载测高。

与岸基测高相比，机载测高架设的高度较高，观测的水面面积较大。在LEO卫星上搭载GPS接收机，进行GNSS+R测高试验，这就是星载测高。在500~800 km的高空可以采用LEO卫星搭载GPS接收机来进行海面高度测量，这种测量方式与传统卫星测高相比不需要发射机，也可以直接采用多个LEO卫星组成星座，具有较高的时空分辨率。

干涉型GNSS+R

这种测高是利用特制的可以同时接收直射信号和反射信号的接收机，并将接收到的信号在接收机中进行相关处理，利用时延一维相关函数、多普勒一维相关函数或者时延-多普勒二维相关函数得到两个信号之间时间延迟，再根据几何关系得到反射面高度。

SNR技术

多路径效应是GNSS高精度定位的主要误差，它与反射面的结构和电介质参数密切相关。当卫星高度角低于10°时，GNSS接收到的反射信号是右旋极化。这时具有相同频率的反射信号与直射信号会发生相干作用。这一相干现象反映在信噪比SNR的变化上，信噪比SNR观测值是衡量GPS接收机天线接收到的信号的大小的一个量值，反映多路径与多路径误差的大小受卫星信号的发射功率、天线增益、卫星与接收机间的距离及多路径效应等因素的影响。在高度角较高的情况下，天线增益较大使得SNR得到有效提高；而在高度角较低的情况下，一方面天线增益减小，另一方面多路径效应影响使得SNR下降较为严重。因此，对信噪比SNR进行分析可以评估多路径效应，进而估计地表环境参数。

DDM技术

GNSS+R海洋遥感主要利用反射信号时延多普勒二维相关功率。其原理是通过计算本地载波信号与散射区域内不同时间延迟和多普勒频率的接收信号的相关功率值。DDM多用于机载和星载GNSS+R，考虑到其距离地面高度较高，首先介绍GNSS+R的镜面反射测量几何关系。GNSS+R几何关系要用到镜面反射点，即从反射区域反射的反射信号中路径延迟最短的理论反射点。根据GNSS卫星、接收机和镜面反射点的几何关系建立如图的本地坐标系。该坐标系的原点为镜面反射点，z轴为地球切面的法线方向，GNSS卫星T，镜面点和接收机R位于yz平面内，x轴按右手定则确定。