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星载GNSS-R成像的非相干距离走动补偿

DOI：10.1109/tgrs.2018.2874482 期刊：IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 全球导航卫星系统反射测量（GNSS-R）接收机通过对相干积分结果进行非相干累积生成延迟-多普勒图（DDM）。由于系统动态特性，在非相干累积过程中，接收机会通过跟踪镜面反射点的延迟和多普勒参数来对齐每个相干结果。这会导致伍德沃德模糊函数（WAF）在反射面上的空间足迹出现模糊效应。本文证明这种WAF模糊效应在闪烁区（GZ）内存在变化，即使跟踪地面固定点仍会产生模糊。我们推导了闪烁区内延迟和多普勒变化率的表达式，并预测了典型GNSS-R散射计配置中距离徙动引入的误差。研究发现：当跟踪地表固定点时，闪烁区边缘附近的点散射体预计会出现约6分贝的能量损失。为此我们提出非相干距离徙动补偿（IRWC）方法来降低GNSS-R接收机的该损失。该方法将DDM中的能量聚焦于积分时间中点对应的等延迟与等多普勒配置。通过仿真对比有无IRWC的固定点跟踪DDM，发现实际误差与预测值相符。采用IRWC将提升空间域GNSS-R产品的质量：目标检测能获得更大可用刈幅，因信干噪比提升可实现更长跟踪检测时间；同时成像应用不再受限于空间变异的WAF模糊效应（该效应会制约估算产品的分辨率）。研究表明IRWC可补偿距离徙动损失，在闪烁区边缘附近使成像GNSS-R接收机的信噪比提升约6分贝。
作者： Benjamin J. Southwell，Andrew G. Dempster
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究双基动力学对GNSS-R成像的影响，并改进GNSS-R接收机以补偿该影响，特别是针对受显著动力学效应影响的低地球轨道接收机。

研究成果

IRWC可减轻距离徙动损失，使GZ边缘附近点散射体的信噪比提升高达6分贝，从而增强GNSS-R中的目标检测与成像应用。该方法在实际接收机中具有可行性，并支持更长的跟踪时间及更高的空间分辨率。

研究不足

该研究假设L1 C/A码的多普勒频率变化率（DFCR）和二阶效应可忽略不计；离散化的差分多普勒测量（DDM）可能引入误差；未使用TDS-1等任务的实际数据进行验证。

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