精密測位衛星電波の海面反射を利用した海面高度モニタリング手法の開発

利用精密定位卫星电波海面反射监测海面高度的方法研制

基本信息

批准号：
16710135
负责人：
吉原貴之
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Electronic Navigation Research Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度実施した兵庫県六甲山の標高約800m地点での実験データの解析を進め、モデル化された干渉パターンの妥当性に関する検証を行った。GPS衛星の移動に伴う光路差変化により生じる搬送波フェージングに対応した受信強度変動(および位相変調)が観測されたが、定性的にはほぼモデルと一致した。しかし、このビート信号(0.8Hz程度)の波数を積算して光路差の相対変化を検証したところ、光路差変化とは別の機構による効果が含まれていることが示唆された。そこで、C/Aコードの追尾ポイントから±1.6チップ内のコード相関値を127点(0.025575チップ間隔、距離にして約7.5m)で観測可能な信号品質監視装置(SQM受信機)から同時測定されたコード相関カーブによる光路差の決定を試みた。その結果、直達波のコード相関カーブに海面反射波信号が同相または逆相で重畳していることが確認されると共に、仰角2〜3度程度のGPS衛星について光路差をRMSで5m程度内で推定することに成功した。光路差には直達波と海面反射波の幾何学的な伝搬経路差の他に大気伝搬遅延効果の差(電離層・対流圏)が含まれるが、実験期間中は電離層は比較的穏やかであった。対流圏遅延差については、その初期値が光路差から海面高度を決定する際に予想以上に大きな影響を与えることが明らかとなったため、水平一様の大気を仮定(または影響を無視)して最終的に海面の相対高度をRMSで数m程度で決定した。なお、この結果を2006年1月に米国航法学会国内技術会議(ION National Technical Meeting)で発表した。さらに、六甲山実験では得られなかった海面が粗い状態での冬季実験データを新たに室戸岬測候所測風塔において取得した。粗い海面では、コード相関カーブに含まれる反射波の雑音成分が増加していることが確認されたが、反射波の同相,逆相での入射時にそれぞれ分離した後、平均化処理などにより雑音の低減を行うことが可能である。今後の展望として、コード相関カーブの分解能を向上し、または前述の搬送波フェージングに含まれる光路差の相対変化以外の誤差を除去してこれを組み合わせ、光路差変化を数cmオーダーで検出できれば、津波などの数10cm程度の海面高度異常をリアルタイム検出できる可能性のあることが示唆された。

我们对去年在兵库县六甲山海拔约 800 m 处进行的实验数据进行了分析，并验证了模拟干涉图的有效性。尽管观测到了与由于 GPS 卫星移动导致的光程差变化而引起的载波衰落相对应的接收强度波动（和相位调制），但结果在质量上与模型一致。然而，当我们对该拍频信号（大约0.8 Hz）的波数进行积分并验证光程差的相对变化时，表明该效果是由于与光程差变化不同的机制造成的。因此，使用信号质量监测装置（SQM接收机）在127个点（0.025575码片间隔，距离约7.5 m）处同时测量距离C/A码跟踪点±1.6码片内的码相关值进行了尝试。使用代码相关曲线确定光程差。结果证实，海面反射波信号与直达波的码相关曲线同相或异相叠加，对于仰角约2°的GPS卫星光程差至 3 度，成功估计在 5 m RMS 以内。光程差不仅包括直达波与海面反射波的几何传播路径差，还包括大气传播延迟效应（电离层和对流层）的差异，但实验期间电离层相对平静。关于对流层延迟差，很明显，在根据光程差确定海面高度时，其初始值的影响比预期大，因此我们假设水平均匀的大气（或忽略影响）并确定最终值。使用 RMS 确定海面的相对高度，精确到几米。这些成果于 2006 年 1 月在美国导航学会全国技术会议（ION National Technical Meeting）上公布。此外，在室户岬气象站风塔中获得了六甲山实验中无法获得的新的冬季粗糙海面实验数据。已确认，在波涛汹涌的海面上，代码相关曲线中包含的反射波的噪声成分会增加，但在分离同相和异相入射时的反射波后，可以通过平均处理来降低噪声等等。可以减少。作为未来的展望，如果我们能够提高代码相关曲线的分辨率，或者去除上述载波衰落中包含的光程差相对变化以外的误差，并将它们结合起来，检测数个量级的光程差变化。厘米，将有可能检测到海啸波，从而可以实时检测到数十厘米的海面高度异常。