一）概述

項目來源于國家863計劃海洋監(jiān)測技術主題探索類課題“基于衛(wèi)星定位系統(tǒng)的海面風速與風向探測技術”（課題編號：2002AA639190），目標為探索利用GPS星座為多源微波信號發(fā)射源進行海面風速風向探測的方法。圖2為由于海面粗糙度的影響，海面散射信號到達接收機的時刻不同，造成了海面散射信號相關功率的擴散。

二）工作原理

延遲映射接收機包括左旋、右旋GPS天線、射頻前端、相關器、DSP處理器、FLASH/RAM存儲器及接口電路等部分。

右旋GPS天線安裝在飛機頂部，接收GPS衛(wèi)星直射信號。左旋GPS天線安裝在飛機腹部，接收經海面反射的GPS衛(wèi)星信號。輸出的導航解和反射信號相關功率由數據處理平臺接收存儲。

三）延遲映射接收機特點

1） 雙天線、雙射頻前端

延遲映射接收機具有雙射頻前端，分別接收GPS衛(wèi)星直射信號和經海面反射的GPS衛(wèi)星信號。

2）采用左旋極化和右旋極化天線

GPS衛(wèi)星發(fā)射信號為右旋極化，經海面散射后，極化方向變?yōu)樽笮�。為了有效接收，必須采用左旋和右旋極化天線。

3）內嵌導航和開環(huán)控制軟件

延遲映射接收機前6個相關器通道跟蹤直射衛(wèi)星信號，可以完成導航定位功能，后6個相關器通道開環(huán)控制，輸出路徑延遲點附近32個半碼片延遲時刻相關功率。

4）圖形化數據監(jiān)控和采集

監(jiān)控映射接收機工作情況，存儲接收機輸出的數據，具有直觀的圖形化界面，并具有數據回放功能。

圖形化監(jiān)控采集

圖2 相關函數受海面粗糙度調制

延遲映射接收機PCB圖

圖3 路徑延遲引起的碼延遲

四）主要技術指標

·L1波段1575.42MHz ·通道個數 ≥ 12

·數據采樣率：1Hz ·工作溫度：-20°C～+50°C

·最大功耗：≤4W ·重量≤1.5Kg

·定位精度： 水平95%: 25.0m ·溫啟動時間<30s

垂直95%: 40.0m

五）飛行數據

飛行時間：2004-8-03 12:27～14:50

起飛地點：天津國際機場 飛行高度：≈1000米

采樣速率：1Hz 采樣數據：8590點

圖3 22號衛(wèi)星隨著飛機飛行高度和衛(wèi)星高度角的變化而引起的碼延遲變化情況。在飛行高度不變的條件下，衛(wèi)星高度角的降低導致直射反射信號波程差減小，從而引起鏡面反射點碼延遲降低。

圖4 表示散射信號功率擴散在碼片-0.5~1.5共2個碼片之間，基于此數據，結合風場反演模型即可實現利用GPS衛(wèi)星散射信號進行測風的目的。

六）應用前景

延遲映射接收機能夠準確測量GPS衛(wèi)星經海面散射的信號。為利用GPS散射信號研究海面風場開辟了新的途徑。

采用延遲映射接收機，還可用在海冰測量、海面高度測量、土壤濕度監(jiān)測等方面。

可用于機載、星載平臺測量海面風場。

延遲映射接收機具有2個接收天線，通過修改內嵌軟件，可完成載體姿態(tài)測量等任務。

此成果可推廣于 Galileo、北斗二代衛(wèi)星應用系統(tǒng)。

試驗用飛機

右旋天線

左旋天線

圖4 海面粗糙度引起的相關功率擴散