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全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）不仅能够为用户提供精确的导航、定位、授时等服务，同时源源不断向地球表面发射L波段微波信号，通过在航空或卫星平台接收导航卫星直射信号及海面散射信号进行海面动力环境相关参量的反演，称为GNSS-R(GNSS-Reflectometry)海洋遥感技术。近年来，GNSS-R技术凭借其低成本、低功耗、宽覆盖、不受云雨影响等特点，成为海洋微波遥感的研究热点。中国、美国及欧盟等国家和地区均积极发展GNSS-R海面高程及海面风场微波卫星载荷，并制订了相关卫星发射计划，但GNSS-R海洋遥感定量反演算法尚不成熟，无法满足GNSS-R业务化应用需求。 本文基于GNSS-R航空及低轨卫星平台观测数据，对GNSS-R信号源、风场反演基本理论和模型方法进行了研究，建立了较为完整的理论体系和风场反演流程，通过实验数据开展了GNSS-R风场反演实验验证，建立了一个新型的GNSS-R风速反演模式函数。研究内容如下: 1.GNSS-R海洋风场反演原理方法研究，基于多种常用粗糙海面散射模型和海浪谱模型，建立GNSS-R海面前向散射机理模型，利用航空和卫星载荷实测数据对不同模型组合进行了对比实验，分析不同波形区间选取方案和归一化波形匹配方法，对海面散射建模精度的影响，为现有模型改进和新模型构建提供理论支撑。 2、GNSS-R双基雷达散射截面(BRCS)方程的改进，针对现有BRCS方程仅计算第一延迟环或对镜点区域散射截面采用中值替代等采样近似，导致BRCS估算结果未能充分描述海面观测单元雷达散射强度信息，通过对时延相关方程和多普勒频移方程空间网格化积分处理，引入海面散射单元的空间变化信息，建立可计算雷达散射截面二维分布的BRCS方程。 3、基于BRCS图像的GNSS-R高风速模式函数研究，基于改进的BRCS方程，构建BRCS图像形态特征参量，利用飓风条件下机载多载荷同步观测数据建立高风速模式函数，通过与现有模型对比对模式函数进行检验。 4、星载GNSS-R海面风速反演方法研究，利用UK TechDemo Sat-1卫星2014至2015年共5月全球观测数据，通过噪声统计模型优化GNSS-R海面观测有效数据筛选方法，提高星载数据的有效利用率;在现有DDMA方法的基础上，增加考虑入射角对海面散射强度的影响，构建星载GNSS-R海面风速反演经验模型;利用ASCAT散射计反演和ECMWF模式预报风场产品数据对反演结果进行精度验证。 我国新一代导航卫星系统北斗二代正在加紧部署中，覆盖范围从中国周边区域向全球扩展，具备发展GNSS-R技术的先天条件，且北斗导航独有的星座设计能够有效补充已有GNSS-R海洋遥感应用研究在空间几何关系稳定性方面的不足。本文研究的GNSS-R理论体系及模型算法将为我国未来GNSS-R海洋遥感技术的发展和应用提供理论支撑。