一）概述

项目来源于国家863计划海洋监测技术主题探索类课题“基于卫星定位系统的海面风速与风向探测技术”（课题编号：2002AA639190），目标为探索利用GPS星座为多源微波信号发射源进行海面风速风向探测的方法。图2为由于海面粗糙度的影响，海面散射信号到达接收机的时刻不同，造成了海面散射信号相关功率的扩散。

二）工作原理

延迟映射接收机包括左旋、右旋GPS天线、射频前端、相关器、DSP处理器、FLASH/RAM存储器及接口电路等部分。

右旋GPS天线安装在飞机顶部，接收GPS卫星直射信号。左旋GPS天线安装在飞机腹部，接收经海面反射的GPS卫星信号。输出的导航解和反射信号相关功率由数据处理平台接收存储。

三）延迟映射接收机特点

1） 双天线、双射频前端

延迟映射接收机具有双射频前端，分别接收GPS卫星直射信号和经海面反射的GPS卫星信号。

2）采用左旋极化和右旋极化天线

GPS卫星发射信号为右旋极化，经海面散射后，极化方向变为左旋。为了有效接收，必须采用左旋和右旋极化天线。

3）内嵌导航和开环控制软件

延迟映射接收机前6个相关器通道跟踪直射卫星信号，可以完成导航定位功能，后6个相关器通道开环控制，输出路径延迟点附近32个半码片延迟时刻相关功率。

4）图形化数据监控和采集

监控映射接收机工作情况，存储接收机输出的数据，具有直观的图形化界面，并具有数据回放功能。

图形化监控采集

图2 相关函数受海面粗糙度调制

延迟映射接收机PCB图

图3 路径延迟引起的码延迟

四）主要技术指标

·L1波段1575.42MHz ·通道个数 ≥ 12

·数据采样率：1Hz ·工作温度：-20°C～+50°C

·最大功耗：≤4W ·重量≤1.5Kg

·定位精度： 水平95%: 25.0m ·温启动时间<30s

垂直95%: 40.0m

五）飞行数据

飞行时间：2004-8-03 12:27～14:50

起飞地点：天津国际机场 飞行高度：≈1000米

采样速率：1Hz 采样数据：8590点

图3 22号卫星随着飞机飞行高度和卫星高度角的变化而引起的码延迟变化情况。在飞行高度不变的条件下，卫星高度角的降低导致直射反射信号波程差减小，从而引起镜面反射点码延迟降低。

图4 表示散射信号功率扩散在码片-0.5~1.5共2个码片之间，基于此数据，结合风场反演模型即可实现利用GPS卫星散射信号进行测风的目的。

六）应用前景

延迟映射接收机能够准确测量GPS卫星经海面散射的信号。为利用GPS散射信号研究海面风场开辟了新的途径。

采用延迟映射接收机，还可用在海冰测量、海面高度测量、土壤湿度监测等方面。

可用于机载、星载平台测量海面风场。

延迟映射接收机具有2个接收天线，通过修改内嵌软件，可完成载体姿态测量等任务。

此成果可推广于 Galileo、北斗二代卫星应用系统。

试验用飞机

右旋天线

左旋天线

图4 海面粗糙度引起的相关功率扩散