本書介紹GNSS反射信號接收和處理的基本方法及應用。在系統(tǒng)分析GNSS信號的基礎上，深入闡述GNSS信號反射后的典型特點，從射頻接收、中頻處理和觀測量提取等不同角度討論GNSS反射信號接收機的軟硬件設計，就海洋遙感、陸地遙感和幾個新型應用（如空中移動目標探測、河流邊界監(jiān)測和地表水體識別）做全面的介紹和探索。書中內容涉及岸基、地基、機載和星載等多種不同的配置模式，也包括單天線干涉法和雙天線協(xié)同法兩種信號處理方法。在理論模型和算法性能仿真驗證中所采用的數據，有的來自作者研究小組自行開展的試驗，有的來自與合作伙伴共同開展的試驗，也有的來自國內外公開的數據集經處理后的結果。
楊東凱：北京航空航天大學教授、博士生導師，中歐GNSS反射信號聯(lián)合研究工作組中方協(xié)調人。主持參與國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃及北斗重大專項等多個課題，發(fā)表高水平學術論文100余篇，授權發(fā)明專利40余項，獲省部級一等獎2項，二等獎5項，出版專著譯著共5部。獲2005年度北京科技新星和2016年度山東泰山產業(yè)領軍人才計劃支持。近20余年致力于北斗反射信號處理及陸海遙感應用的基礎理論和關鍵技術研究，解決了星載高動態(tài)條件下直反信號時間序列同步、多普勒補償等難題，設計實現了北斗反射信號模擬仿真和接收裝置，在北京、浙江、山東等地和海洋局、氣象局、中石化、農科院等行業(yè)領域得到了應用，為北斗系統(tǒng)的交叉創(chuàng)新應用開辟了一個新領域。
目錄
第1章 緒論 1
1.1 衛(wèi)星導航系統(tǒng)概述 1
1.1.1 北斗三號衛(wèi)星導航系統(tǒng) 1
1.1.2 GPS 2
1.1.3 GLONASS 3
1.1.4 Galileo系統(tǒng) 3
1.1.5 QZSS 4
1.1.6 印度區(qū)域導航衛(wèi)星系統(tǒng) 4
1.2 GNSS-R技術概述 5
1.2.1 正問題與反問題 5
1.2.2 GNSS-R技術定義 5
1.2.3 GNSS-R技術優(yōu)勢 7
1.3 GNSS-R技術的發(fā)展 7
1.3.1 海洋遙感 7
1.3.2 土壤濕度探測 12
1.3.3 雙基SAR成像 14
1.3.4 目標探測 16
1.4 本書結構 17
參考文獻 17
第2章 GNSS衛(wèi)星導航信號概述 28
2.1 擴頻通信原理 28
2.1.1 擴頻的基本概念 28
2.1.2 偽隨機碼（PRN碼） 30
2.1.3 擴頻測距原理及性能 35
2.2 調制方式 37
2.2.1 BPSK 37
2.2.2 QPSK 38
2.2.3 BOC 38
2.3 衛(wèi)星導航信號 45
2.3.1 北斗信號 45
2.3.2 GPS信號 53
2.3.3 其他衛(wèi)星導航信號 60
2.4 本章小結 62
參考文獻 62
第3章 GNSS信號的接收與處理 64
3.1 信號模型 64
3.1.1 數學描述 64
3.1.2 接收與數字化 65
3.1.3 相關運算 68
3.2 捕獲與跟蹤 71
3.2.1 捕獲 72
3.2.2 碼跟蹤 78
3.2.3 載波跟蹤 79
3.3 定位解算 81
3.3.1 數據同步 81
3.3.2 定位原理與方法 83
3.4 本章小結 89
參考文獻 89
第4章 GNSS反射信號基礎 91
4.1 GNSS-R幾何關系 91
4.1.1 宏觀幾何關系 91
4.1.2 天線覆蓋區(qū) 92
4.1.3 等延遲區(qū) 95
4.1.4 等多普勒區(qū) 98
4.2 反射信號的特性 101
4.2.1 極化 101
4.2.2 反射系數 104
4.2.3 反射信號描述 105
4.3 反射信號的相關函數 108
4.3.1 時延一維相關函數 109
4.3.2 多普勒一維相關函數 110
4.3.3 時延?多普勒二維相關函數 111
4.4 本章小結 112
參考文獻 112
第5章 GNSS反射信號的接收與處理 114
5.1 反射信號接收機的通用模型和實現方式 114
5.1.1 通用模型 114
5.1.2 實現方式 115
5.2 反射信號處理方法 118
5.2.1 反射信號的離散形式 118
5.2.2 多通道相關處理算法 120
5.2.3 鏡面反射點的計算 122
5.2.4 提高信噪比的方法 125
5.3 硬件接收機 129
5.3.1 總體架構 129
5.3.2 主要部件 130
5.3.3 多通道相關單元 136
5.3.4 多通道控制單元 142
5.4 軟件接收機 145
5.4.1 基本結構 145
5.4.2 處理流程 147
5.4.3 軟件功能 148
5.4.4 實現效率分析 149
5.4.5 實時性方案研究 150
5.5 本章小結 151
參考文獻 151
第6章 海洋遙感應用 155
6.1 海面風場反演 157
6.1.1 海洋表面的風和浪 157
6.1.2 海浪譜模型 159
6.1.3 電磁散射模型 162
6.1.4 基于波形匹配的風場反演 163
6.1.5 基于模式函數的風速反演 175
6.2 海面高度測量 180
6.2.1 直反協(xié)同法海面高度測量原理 181
6.2.2 碼延遲測高方法 184
6.2.3 載波相位測高方法 187
6.2.4 載波頻率測高方法 189
6.2.5 干涉法海面高度測量 190
6.3 岸基GNSS-R臺風風場重構及風暴潮模擬 195
6.3.1 臺風風場重構方法 195
6.3.2 岸基GNSS-R臺風風場重構 196
6.3.3 風暴潮模型的建立及驗證 197
6.3.4 重構風場的風暴潮模擬 200
6.4 本章小結 203
參考文獻 204
第7章 陸表土壤濕度反演 208
7.1 土壤濕度及其測量方法簡介 208
7.2 土壤濕度反演基本原理 210
7.3 雙天線土壤濕度反演 212
7.3.1 觀測量提取 212
7.3.2 土壤反射系數估計 214
7.3.3 土壤濕度反演試驗 215
7.4 單天線土壤濕度反演 222
7.4.1 觀測量提取 222
7.4.2 土壤反射系數估計 224
7.4.3 土壤濕度反演試驗 226
7.5 土壤濕度監(jiān)測系統(tǒng)實例 229
7.5.1 總體設計 229
7.5.2 終端硬件設計 230
7.5.3 終端軟件設計 232
7.5.4 試驗結果 234
7.6 本章小結 236
參考文獻 237
第8章 GNSS-R成像 239
8.1 系統(tǒng)構型及二維信號模型 239
8.1.1 系統(tǒng)構型 239
8.1.2 二維信號模型 241
8.2 空間分辨率 243
8.2.1 分辨率定義 243
8.2.2 分辨率與幾何構型的關系 246
8.3 后向投影成像算法 248
8.3.1 距離向壓縮 249
8.3.2 后向投影 251
8.4 成像算法的實現 253
8.4.1 異構并行平臺 253
8.4.2 距離向壓縮 253
8.4.3 后向投影 255
8.4.4 流處理結構優(yōu)化設計 256
8.5 仿真分析及試驗驗證 256
8.5.1 仿真分析 256
8.5.2 試驗驗證 260
8.6 本章小結 262
參考文獻 262
第9章 GNSS反射信號新應用初探 264
9.1 地基空中移動目標探測 265
9.1.1 探測機理介紹 265
9.1.2 現場試驗分析及驗證 270
9.2 地基河流邊界探測 275
9.2.1 探測原理分析 276
9.2.2 仿真分析及驗證 282
9.3 星載地表水體識別 285
9.3.1 水體識別過程 286
9.3.2 CYGNSS數據驗證 288
9.4 展望 294
參考文獻 295
附錄A 縮略語 297
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