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第1章 绪论1

1.1 卫星导航系统概述1

1.1.1 美国的全球定位系统1

1.1.2 其他全球导航卫星系统3

1.2 GNSS-R技术7

1.2.1 正问题与反问题7

1.2.2 GNSS-R技术的定义7

1.2.3 GNSS-R技术的特点和优势8

1.3 GNSS-R技术的发展9

1.3.1 海面测风9

1.3.2 海面测高10

1.3.3 海冰探测11

1.3.4 海洋盐度探测12

1.3.5 土壤湿度探测12

1.3.6 移动目标探测13

1.4 本书结构14

参考文献14

第2章 GNSS导航卫星信号概述22

2.1 扩展频谱通信基本原理22

2.2 GPS系统的导航信号23

2.2.1 频率与调制方式23

2.2.2 GPS卫星信号中的C/A码24

2.2.3 GPS卫星信号导航电文的结构28

2.2.4 现代化后的GPS信号30

2.3 其他卫星导航系统的导航信号32

2.3.1 GLONASS系统32

2.3.2 Galileo系统34

2.4 小结35

参考文献36

第3章 GNSS信号的接收与处理37

3.1 接收信号数学模型37

3.1.1 卫星信号的接收与数字化37

3.1.2 相关运算39

3.2 卫星信号的捕获42

3.2.1 卫星信号捕获的基本原理42

3.2.2 卫星信号的捕获方法45

3.3 卫星信号的跟踪47

3.3.1 GPS C/A码相位跟踪48

3.3.2 载波跟踪49

3.4 导航数据解调与定位解算51

3.4.1 数据同步的建立51

3.4.2 定位原理与方法53

3.5 新型导航信号的处理57

3.5.1 新型导航信号的特点57

3.5.2 BOC信号及处理方法58

3.5.3 复合信号及处理方法61

3.6 小结62

参考文献62

第4章 GNSS反射信号特性65

4.1 基本概念65

4.1.1 电磁波65

4.1.2 电磁波的极化66

4.1.3 电磁波的反射68

4.2 GNSS反射信号基础74

4.2.1 GNSS-R几何关系描述74

4.2.2 GNSS-R反射系数75

4.3 反射信号数学描述76

4.3.1 直射信号数学描述76

4.3.2 反射信号数学描述77

4.4 小结79

参考文献79

第5章 GNSS反射信号的接收与处理81

5.1 反射信号特性简介81

5.2 反射信号的相关函数82

5.2.1 时延一维相关函数83

5.2.2 多普勒一维相关函数83

5.2.3 时延-多普勒二维相关函数84

5.3 反射信号相关值的计算方法85

5.3.1 反射信号二维相关函数的离散形式85

5.3.2 二维相关值的计算方式86

5.3.3 二维相关值计算参考点的选取88

5.3.4 二维相关值求解中本地信号的产生88

5.3.5 二维相关值信噪比的提高方法90

5.4 反射信号接收机通用模型与实现方式92

5.4.1 通用模型92

5.42 实现方式93

5.5 小结95

参考文献95

第6章 反射信号接收机的硬件实现98

6.1 接收机总体架构及主要部件98

6.1.1 接收机总体架构98

6.1.2 接收机主要部件100

6.2 多通道相关器104

6.2.1 反射信号处理通道105

6.2.2 DSP数据交互控制接口110

6.2.3 USB控制接口111

6.2.4 UART控制接口112

6.3 DSP的信号处理113

6.3.1 直射信号处理114

6.3.2 反射信号处理116

6.4 小结117

参考文献117

第7章 反射信号接收机的软件实现119

7.1 软件接收机工作原理119

7.1.1 基本结构119

7.1.2 数据传输接口120

7.1.3 数据读取流程121

7.2 信号处理121

7.2.1 反射信号处理流程121

7.2.2 反射信号相关功率计算122

7.3 反射信号软件接收机的实现123

7.3.1 软件功能123

7.3.2 实现效率分析124

7.3.3 实时性方案研究125

7.4 小结126

参考文献126

第8章 GNSS-R测高应用127

8.1 概述127

8.2 基于GNSS-R的高度测量技术129

8.2.1 高度测量原理129

8.2.2 基于C/A码延迟的测高方法135

8.2.3 基于L1载波相位延迟的测高方法139

8.2.4 基于L1载波频率的测高方法140

8.3 基于GNSS-R的有效波高测量技术142

8.3.1 利用DCF测量有效波高143

8.3.2 利用ICF测量有效波高144

8.3.3 有效波高实验验证与结果分析146

8.4 小结154

参考文献154

第9章 GNSS-R海面测风应用156

9.1 海面统计特征156

9.1.1 海浪谱的定义156

9.1.2 统计特征描述157

9.1.3 海面粗糙度准则157

9.2 海洋遥感相关数学模型158

9.2.1 海浪谱模型158

9.2.2 电磁散射模型162

9.2.3 散射信号相关功率模型164

9.3 海面散射区域特性165

9.3.1 天线覆盖区165

9.3.2 等延迟区166

9.3.3 等多普勒线170

9.3.4 闪耀区173

9.4 海面散射模型的数值仿真分析174

9.4.1 时延-多普勒二维相关功率分析174

9.4.2 时延一维相关功率分析176

9.4.3 多普勒一维相关功率分析181

9.5 风场反演183

9.5.1 风场反演基本流程183

9.5.2 风场反演算法184

9.5.3 风场反演实例186

9.6 小结194

参考文献194

第10章 GNSS-R在其他领域中的应用196

10.1 GNSS-R土壤湿度反演196

10.1.1 GNSS-R土壤湿度探测原理197

10.1.2 干涉图技术199

10.1.3 土壤湿度反演结果200

10.2 GNSS-R目标探测技术201

10.3 GNSS-R表面成像技术203

10.4 小结205

参考文献205

展望207

附录A 缩略语208