《GNSS反射测量原理与应用》以卫星导航和环境遥感为对象，详细全面介绍GNSS反射测量（GNSS-R）的原理、方法及应用，包括全球卫星导航系统（GNSS）反射信号特性、地基GNSS多路径反射测量方法、干涉模式技术、多普勒时延图、空基GNSS反射测量理论、海洋测高、海冰监测、水文遥感、植被监测、冰冻圈遥感等。

《GNSS反射测量原理与应用》绝大部分内容为著者原创性的理论、方法和应用研究进展，反映该方向非常新非常前沿的动态。

《GNSS反射测量原理与应用》为从事卫星导航、卫星遥感、大地测量、海洋环境、气象服务和全球变化等专业的技术人员、研究生和科研人员提供重要的参考，同时为从事工程研究和转化应用的技术人员，特别是从事卫星导航应用开发和环境遥感应用的科技人员提供技术支持。

金双根，1974年9月生，籍贯安徽，欧洲科学院院士，欧洲人文与自然科学院院士，俄罗斯自然科学院外籍院士，土耳其科学院院士，国际大地测量学与地球物理学联合会（IUGG）会士，国际大地测量协会（IAG）会士。入选中国科学院“百人计划”、上海市“领军人才”。中国科学院上海天文台研究员，南京信息工程大学遥感与测绘工程学院院长，教授，博士生导师。1999年获武汉大学学士学位。2003年获中国科学院大学博士学位，之后分别在澳大利亚、韩国、美国等地工作。主要从事卫星导航、卫星遥感和空间行星探测及应用研究工作，取得了多项系统性原创成果，如揭示了GNSS反射测量散射机理，突破了GNSS遥感技术难题，推动了相关研究和应用。发表SCI论文200余篇，出版著作和教科书10余部，被Nature等引用7000余篇次，H指数大于45。获国家发明专利和软件著作权10余项。担任IUGG委员会主席，全球华人导航定位协会主席（2016），国际行星科学协会（IAPS）主席。以及10余个国际期刊主编、副主编和编委。获省部级自然科学或科学技术进步奖一等奖1项和二等奖4项，中国侨联贡献奖一等奖等。

吴学睿，1981年6月生，2012年获大连海事大学博士学位，2012-2014年在中国科学院上海天文台做博士后。之后被聘为该单位助理研究员、副研究员，硕士生导师。主要从事GNSS-R理论与应用研究，包括GNSS-R陆面散射模型和参数仿真建模分析，以及土壤水分、植被和地表冻融特性估计与应用。在国内外期刊发表论文20余篇，会议论文约20篇。授权发明专利5项。

邱辉，1995年12月生，中国科学院上海天文台硕士研究生。曾从事GNSS-R测高与应用研究，包括星载GNSS-R平均海面高估计和海洋环境遥感应用。目前主要从事GNSS导航定位SPP、RTD、SBAS和PPP等算法开发及产业化应用工作。发表论文多篇。

第1章 绪论

1．1 全球卫星导航系统

1．2 GNSS-R技术

1．2．1 GNSS-R历史

1．2．2 GNSS-R特点

1．3 GNSS-R应用

1．3．1 海洋测高

1．3．2 海面测风

1．3．3 土壤湿度探测

1．3．4 植被监测

1．3．5 积雪探测

1．3．6 海冰探测

1．4 结论

参考文献

第2章 GNSS信号基础

2．1 CNSS信号结构

2．1．1 载波信号

2．1．2 伪随机噪声码

2．1．3 导航电文

2．2 GNSS信号调制

2．2．1 调制方式

2．2．2 调制过程

2．3 GNSS信号捕获与跟踪

2．3．1 捕获方法

2．3．2 信号接收与解调

参考文献

第3章 GNSS反射信号特征

3．1 电磁波极化与反射

3．1．1 电磁波极化

3．1．2 电磁波反射

3．2 GNSS反射信号基础

3．2．1 GNSS反射信号特征

3．2．2 GNSS-R反射系数

3．3 反射信号描述

3．3．1 直射信号

3．3．2 反射信号

3．4 反射信号几何关系

3．4．1 地基GNSS-R

3．4．2 空基GNSS-R

3．5 GNSS-R观测模式

3．5．1 双天线模式

3．5．2 单天线模式

3．6 结论

参考文献

……

第4章 地基GNSS多路径反射测量

第5章 干涉技术和多普勒时延图

第6章 测高理论与方法

第7章 空基GNSS反射测量理论

第8章 海面高与有效波高估计

第9章 海面风估计

第10章 土壤湿度遥感

第11章 植被遥感

第12章 冰雪遥感

第13章 监测地表冻融特性

第14章 总结和机遇

缩略语

全球卫星导航系统（GNSS）能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的三维坐标和速度信息，包括美国全球定位系统（GPS）、中国北斗卫星导航系统（BDS）、俄罗斯全球卫星导航系统（GLONASS）和欧盟伽利略卫星导航系统（Galileo系统），以及区域增强系统，具有全天候、全天时、高精度的特点，广泛应用于定位、导航与授时（PNT）。随着各卫星导航系统的逐渐完善，星座的增多，观测站的增加，其应用领域越来越广泛。GNSS不仅应用于定位、导航和授时，还可以利用其表面反射信号进行遥感观测。GNSS卫星持续向地球播发无线电信号，其中部分信号会被地球表面反射回来。从粗糙表面反射回来的GNSS延迟信号可以提供直射和反射信号不同的信息。这些信息包括反射信号的波形、幅值、相位和频率等变化，极化特征的变化直接与反射面相关，结合接收机天线位置和介质信息，利用延迟测量观测和反射表面属性可以确定表面粗糙度和表面特性，即GNSS反射测量（GNSS-R）。

GNSS反射测量由欧洲空间局（ESA）Martin-Neira于1993年提出，即GNSS地表反射信号和直射信号一起被接收机接收，它们之间的延迟可以用于干涉测量，即被动反射和干涉测量系统（PARIS）。随后各国利用双频GPS信号进行海面和陆面各种试验，对其反射信号的相关函数特性进行研究，表明反射信号相关函数与反射面的粗糙度有密切关系。如2000年10月，美国国家海洋与大气管理局（NOAA）的“飓风猎人”号飞机搭载了GNSS-R设备从南卡来罗纳州海岸飞入“迈克尔”飓风内，通过分析从热带气旋海面上反射回来的GPS信号得到了风速结果。2003年，英国灾害监测星座（UK-DMC）卫星利用搭载的GNSS-R设备成功获得了海面粗糙度等地球表面物理系数，静海区域的GPS反射信号同样可以得到高精度的测高结果。2014年第一颗技术验证卫星（TDS-1）发射，提供时延一多普勒图像（DDM）数据产品，开启了星载GNSS反射测量的应用。此外，许多其他科研机构也开展了一系列GNSS反射信号的理论研究和试验、新型GNSS-R接收机的研制，以及基于地基、海岸、桥梁、飞机等不同平台的试验，同时还进行了测试信号接收、原理验证，以及检验利用GNSS-R估计海面状况（如海面高和风速）和陆面参数等研究，获得了一些初步结果和进展。

GNSS-R技术属于双基雷达观测，具有如下特点：①利用直射信号进行定位解算，具有自定位定时能力；②接收机直射信号与反射信号之间误差较小；③可全天候工作，不受云雨等天气影响；④使用L频段电磁波，其信号穿透力强，可穿透植被、雪、沙土等，对土壤中水分尤其敏感；⑤L频段电磁波信号反射时衰减明显，高达29-30dB，且在反射时极化方向会发生改变，如右旋直射信号会变成以左旋反射信号为主，根据极化方向可分离直射信号与反射信号。利用GNSS-R技术可获得地表粗糙特征和地球物理参数，即利用GNSS直射信号与地表镜面反射信号之间的延迟（时间延迟或相位延迟），以及根据GNSS卫星、接收机和镜面反射点之间的几何位置关系，反演地表特征。GNSS-R技术包括传统型GNSS-R（cGNSS-R）测高和干涉型CNSS-R（iGNSS-R）测高。前者是配置左右圆极化天线并利用接收机记录的直射信号与反射信号的载波相位数据，通过固定模糊度和解算接收机钟差等方式，确定两者之间的传播路径延迟，进而计算天线至水面的高度；后者是利用直射信号与反射信号功率波形相关的原理，测得信号时延，进而计算得到天线到海面的垂直距离，但其涉及复杂的多普勒时延算法，数据处理方法复杂。海平面高度（SSH）变化范围广，对海洋学和气候学等研究都具有重要意义，如海洋环流、海洋潮汐模型建立、海啸预警以及中尺度气候研究。按照接收机放置的测量平台，GNSS-R测高可分为地基、机载和星载GNSS-R测高。