GPS信噪比用于潮位变化监测研究

摘要

海平面变化直接影响全球天气及长期气候的演变，是环境科学关注的重要问题之一。与此同时，海平面变化也是地球动力学、动态大地测量及海洋测绘研究的重要内容，它关系到全球高程基准的统一，也是现代空间大地测量技术的重要研究内容。随着GNSS(Global Navigation Satellite System)研究与应用的不断深入，基于多路径效应的GNSS-MR(Global Navigation Satellite System Multipath Reflectometry)反演技术用于地表环境监测（植被、土壤湿度、雪深、海平面、火山等）已成为一种新兴的遥感手段。
　　本文从GPS多路径和信噪比的关系着手，研究了GPS-MR技术监测水面变化的理论和方法，并基于GPS-MR技术获取了区域平均海面，验证了GPS信噪比监测海平面变化的可行性。论文主要研究内容和创新点如下：
　　1．探究了 GPS多路径产生的原因、时空特性以及对 GPS天线设计的影响，并对GPS反射信号的极化方式、反射面的反射系数等进行了研究。给出了 GPS信噪比的概念，分析了信噪比序列的特征及影响因素。在此基础上，详细分析了 GPS多路径效应和信噪比的关系，并指出低高度角下信噪比SNR(Signal-to-Noise Ratio)受多路径影响严重， GPS多路径效应会直接影响GPS信噪比的变化，因此通过SNR的频谱分析可获取引起GPS多路径反射的地表环境参数。
　　2.研究了基于信噪比观测值的 GPS-MR技术进行水位探测的函数模型，并对信噪比残差序列的提取方法、有效卫星弧段的选取进行了讨论，提出了判断LSP(Lomb-Scargle periodogram)频谱分析得到的垂直反射距离是否有效的标准，通过菲涅尔反射区的理论分析了 GNSS测站反演潮位变化的范围。通过算例，利用 GPS-MR技术对湖面、有潮汐日变化的海面分别进行了水位变化的反演，验证了GPS-MR技术应用于水位变化监测的有效性，还分析了GPS-MR技术用于湖面和海面反演精度不同的原因。证明了岸基CORS(Continuously Operating Reference Stations)站在一定程度上可作为验潮站的补充。
　　3.介绍了海洋潮汐和区域平均海水面获取的基本理论，给出了 GPS-MR技术获取区域平均海水面的方法。通过算例分析，验证了GPS-MR技术在获取区域平均海水面时有着较高的精度，发挥了岸基CORS站在海平面变化监测中的应用价值。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状及发展方向

1.3 论文的主要内容

第二章 GPS多路径与信噪比的关系

2.1 引言

2.2 GPS多路径效应

2.3 GPS信噪比观测值

2.4 GPS多路径与信噪比的相互关系

2.5 本章小结

第三章 GPS信噪比用于潮位探测的基本原理

3.1 引言

3.2 GPS反射信号的特征

3.3 GPS信噪比反演潮位变化的原理

3.4 本章小结

第四章 GPS-MR技术探测潮位精度分析

4.1 引言

4.2 GPS-MR技术监测潮位变化算例分析

4.3 GPS-MR技术监测湖面变化算例分析

4.4 本章小结

第五章 GPS-MR技术获取区域平均海面的基本原理

5.1 引言

5.2 海洋潮汐理论及表示方法

5.3 GPS-MR技术获取区域平均海面算例分析

5.4 本章小结

总结与展望

论文工作总结

下一步的工作计划

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢