一）概述

項目來源于國家863計劃海洋監測技術主題探索類課題“基于衛星定位系統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衛星直射信號和經海面反射的GPS衛星信號。

2）采用左旋極化和右旋極化天線

GPS衛星發射信號為右旋極化，經海面散射后，極化方向變為左旋。為了有效接收，必須采用左旋和右旋極化天線。

3）內嵌導航和開環控制軟件

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

4）圖形化數據監控和采集

監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號衛星隨著飛機飛行高度和衛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，可完成載體姿態測量等任務。

此成果可推廣于 Galileo、北斗二代衛星應用系統。

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