Sea state determnation using GNSS-R techniques: contributions to the PAU instrument
Sea state determnation using GNSS-R techniques: contributions to the PAU instrument
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DOI：
10.5821/dissertation-2117-94249
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发表时间：
2009-05
期刊：
影响因子：
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通讯作者：
J. Marchan-Hernandez
中科院分区：
文献类型：
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作者：
J. Marchan-Hernandez
El inminente lanzamiento de la misión Soil Moisture and Ocean Salinity（SMOS，humedad del terreno y salinidad德尔马尔）de la Espacial Europea（ESA）permitirá la recoveración systemática y a escala global de la salinidad superior德尔马尔，con el summonente tanto帕拉oceanografía como帕拉la climatología.无明显差异，主要是建立模型，补偿德尔马尔对放射性介质的影响，减少SSS恢复中的误差，获得有意义的价值。在过去几年中，全球卫星导航系统（GNSS-R）的卫星反射系统的使用，最有可能获得地球物理参数、初始高度和海洋观测数据。Uno de los objetivos que motivó la presentación del proyecto Passive Advance Unit（PAU，Unidad Pasiva Avanzada）a la fundación EURYI fue el estudiar la relación directa entre la temperatura de brillo radiométrica y algunos observables GNSS-R por definir.帕拉通过带L的无线电和反射GPS获得了介质，并通过一个辅助的红外线无线电完成了盐碱地的恢复。El proyecto PAU se ha desarrollado dentro del Grupo de Teledecección Pasiva del Remote Sensing Lab，en el departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones del la Universitat Politècnica de卡塔卢尼亚.La presente tesis doctoral describe el trabajo desarrollado entre 2004 y 2008 en aspectos tanto teóricos como de implementación hardware dentro del campo de la reflectometría GNSS.更具体地说，第1章简要介绍了SSS中位遥测的恢复，并描述了PAU项目。对于您的部分，capítulo 2 esta dedicado a los fundamentos de la reflectometría GNSS，mientras que el capítulo 3 hace hincapié en el observable GNSS-R elegido，el delay-Doppler Map（DDM）complete.因此，我们提出了一种新的和有效的近似方法，用于对Zavorotny-Voronovich的典型表达式进行DDM仿真，以实现GNSS的分散。在Capítulo 4中对DDMs参数化进行了研究，并根据与其他国家相关的参数推导出了相应的参数，在Capítulo 5中对DDMs进行了分析，在FGPA的配置中，基于真实的时间，对通用DDMs进行了实施和验证，在capítulo 6中，我们介绍了ALBATROSS 08介质的特性，并利用PAU-GNSS/R开发工具来验证GNSS-R参数的特性，以描述最后的状态，las conclusiones y el trabajo futuro se consignan en el capítulo 7.随着欧空局即将发射的土壤水分和海洋盐度（SMOS）使命，从空间检索海洋表面盐度（SSS）将有利于海洋学和气候学社区。然而，海面粗糙度对辐射测量的影响，必须准确地建模和占第一，以减少检索SSS的诱导误差，并产生有意义的值。近年来，利用全球导航卫星系统反射信号已显示出其在检索地球物理参数方面的潜力，主要是测高和最近的海况。该方法包括将测量的波形（在不同延迟下的相关性）与建模的波形进行比较。向欧洲空间研究所基金会提交无源先进装置项目的理由之一是，通过使用L波段辐射计和全球定位系统反射计获得同地测量值，研究辐射亮度温度与某些有待界定的全球导航卫星系统-R可观测量之间的直接关系，并借助红外辐射计进行实际的SSS反演。PAU项目是由卡塔卢尼亚大学信号理论和通信系遥感实验室被动遥感小组开发的。本博士论文介绍了2004年和2008年之间进行的工作在理论和硬件问题的GNSS-R反射计领域内。更具体地说，在第一章中，沿着PAU项目的描述，简要介绍了SSS检索。第2章专门介绍GNSS反射计的基础知识，而第3章则侧重于对所选GNSS-R观测值（整个延迟-多普勒图（DDM））的模拟。沿着介绍了一种新的DDM仿真方法，并回顾了反射GNSS信号的Zavorotny-Voronovich表达式的经典实现。第四章研究了DDM的参数化问题，其中一些参数是与实际海况相联系的。第5章提供了一个基于真实的实时FPGA的DDM反射计的设计，实施和验证的详细描述，而第6章描述了信天翁08测量活动，开发的PAU-GNSS/R进行了测试。第七章是结论和未来的工作。
El inminente lanzamiento de la misión Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS, humedad del terreno y salinidad del mar) de la Agencia Espacial Europea (ESA) permitirá la recuperación sistemática y a escala global de la salinidad superficial del mar, con el consecuente beneficio tanto para oceanografía como para la climatología. No obstante, primero es necesario modelar y compensar adecuadamente el impacto de la rugosidad del mar en las medidas radiométricas, a fin de reducir el error inducido en la SSS recuperada y obtener valores significativos. En los últimos años el uso de señales reflejadas de sistemas de navegación global por satélite (GNSS-R) ha mostrado su potencial para obtener parámetros geofísicos, inicialmente altimetría y más recientemente estado del mar. La metodología más comúnmente empleada era comparar la forma de onda medida (correlación para diferentes retardos) con la modelada. Uno de los objetivos que motivó la presentación del proyecto Passive Advance Unit (PAU, Unidad Pasiva Avanzada) a la fundación EURYI fue el estudiar la relación directa entre la temperatura de brillo radiométrica y algunos observables GNSS-R por definir. Para ello se obtendrían medidas colocadas con una radiómetro en banda L y un reflectómetro GPS, y se procedería a la recuperación completa de la salinidad con ayuda de un radiómetro de infrarrojos adicional. El proyecto PAU se ha desarrollado dentro del Grupo de Teledetección Pasiva del Remote Sensing Lab, en el departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones del la Universitat Politècnica de Catalunya.La presente tesis doctoral describe el trabajo desarrollado entre 2004 y 2008 en aspectos tanto teóricos como de implementación hardware dentro del campo de la reflectometría GNSS. Más concretamente, el capítulo 1 introduce brevemente la recuperación de SSS mediante teledetección y describe el proyecto PAU. Por su parte, el capítulo 2 esta dedicado a los fundamentos de la reflectometría GNSS, mientras que el capítulo 3 hace hincapié en el observable GNSS-R elegido, el delay-Doppler Map (DDM) completo. Así, se presenta una nueva y eficiente aproximación a la simulación de DDMs junto a las clásicas expresiones de Zavorotny-Voronovich para la señal GNSS dispersada. Posteriormente se estudia la parametrización de DDMs en el capítulo 4, donde algunos de los parámetros derivados son subsecuentemente relacionados con el estado del mar. Por otro lado, en el capítulo 5 se ofrece una descripción pormenorizada del diseño, implementación y validación del un reflectómetro capaz de generar DDMs en tiempo real basado en un dispositivo FGPA, mientras que en el capítulo 6 se presenta la campaña de medidas ALBATROSS 08, donde se utilizó el instrumento PAU-GNSS/R desarrollado para verificar la idoneidad de los parámetros GNSS-R propuestos para describir el estado del mar. Finalmente, las conclusiones y el trabajo futuro se consignan en el capítulo 7. With the upcoming launch of the ESA's Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) mission, the retrieval of Sea Surface Salinity (SSS) from space will benefit both the oceanography and climatology communities. However, the impact of the sea roughness on the radiometric measurement has to be accurately modeled and accounted for first, so that to reduce the induced error on the retrieved SSS and yield meaningful values. In recent years the use of reflected Global Navigation Satellite System Signals (GNSS-R) has shown its potential to retrieve geophysical parameters, mainly altimetry and more recently sea state. The approach consisted of comparing the measured waveform (correlation at different delays) with a modeled one. One of the rationales that motivated the submission of the Passive Advanced Unit (PAU) project to the EURYI foundation was to study the direct relationship between the radiometric brightness temperature and some to-be-defined GNSS-R observables by obtaining co-located measurements with an L-band radiometer and a GPS reflectometer, and perform the actual SSS retrieval with the aid of an infrared radiometer. The PAU project has been developed by the Passive Remote Sensing Group of the Remote Sensing Lab, at the Department of Signal Theory and Communications of the Universitat Politènica de Catalunya. The present PhD dissertation describes the work undertaken between 2004 and 2008 in both theoretical and hardware issues within the field of GNSS-R reflectometry. More specifically, in chapter 1 a brief introduction to SSS retrieval is given along with the description of the PAU project. Chapter 2 is devoted to the basics of GNSS reflectometry, whereas chapter 3 is focused into the simulation of the chosen GNSS-R observable, the whole Delay-Doppler Map (DDM). A new approach to DDM simulation is introduced along with the review of the classical implementation of the Zavorotny-Voronovich expressions for the reflected GNSS signal. After that, the parameterization of the DDMs is studied in chapter 4, where some of the derived parameters are to be linked to the actual sea state. Chapter 5 offers a detailed description of the design, implementation and validation of a real- time FPGA-based DDM reflectometer, whereas chapter 6 describes the ALBATROSS 08 measurement campaign, where the developed PAU-GNSS/R was tested. The conclusions and the future work are listed in chapter 7.