3.1总体研究成果

相比传统的海洋动力环境监测手段，GNSS-R的优势在于其高时空分辨率。该技术可以在短时间内快速获取海面风场、海面高和海冰分布等信息，这些信息对海上航行、海上作业和水产养殖等均至关重要。有效预警和测量海洋动力环境参数是威海海洋经济蓬勃发展的基本保障。实验室利用地理位置临海的天然优势，开展了近海GNSS-R海洋动力环境监测研究。

在项目的建设期，实验室与国内航天优势单位，西安空间电子信息技术研究院和海航天测控通信研究所，分别联合研制了两台地基/机载GNSS-R遥感设备，并开展了有效的船载和岸基实验。完成了船载和岸基GNSS-R测高数据处理系统的构建工作，该系统可以基于GNSS反射信号反演得到反射天线到水面的距离，与高精度GNSS结合，可以提供高精度高时空分辨率的海面高信息，为海洋学和大地测量学的研究研究提供重要数据。此外，我们采用卫星测高、海洋分析资料，以及经过约束精细化处理的卫星时变重力，首次在全球近海区域探测到海平面的季节性变化，并基于不同独立观测，进行了计算结果的相互验证，证明了结果的可靠性。开展了海洋大地基准建立和海洋导航方面的研究工作，提出了基于系统误差补偿的水下自适应抗差滤波算法，大大提高了水下导航的精度和可靠性。提出了顾及样本相关性的BP神经网络声速场构建算法，有效提高了全球海洋声速构建的精度和可靠性。在该方向上承担了1项国家重点研发计划子课题，3项国家自然科学基金课题，1项武器装备研发子课题，1项国家重点实验室开放基金课题，1项中国博士后基金课题。

3.2重点研究成果

(a)GNSS-R地基和机载的软/硬件接收机的研制

与西安空间电子信息技术研究院联合研制的GNSS-R地基和机载设备可以接受来之北斗，GPS，GLONASS和Galileo等系统不同频点的信号，并可以输出采样率为25MHz的中频数据。它是国内目前唯一能够兼容多系统的GNSS-R遥感设备。与上海航天测控通信研究所联合研制的微小型L波段海洋动力环境探测仪可以接受来自GPS L1和BDS B1的信号，并稳定的输出DDM（多普勒-时延功率谱图）信息，它是目前国内最先进的GNSS-R小型化设备。

图18与西安空间电子信息技术研究院和上海航天测控通信研究所联合研制的两套GNSS-R设备

(b)高精度GNSS-R海面测高系统的研制

在项目建设期，实验室相关人员利用联合研制的两台GNSS-R设备，开展了颇有成效的船载和岸基实验。并自主开发了基于码相位延迟和载波相位干涉法的GNSS-R岸基和机载测高软件，精度均达到国际先进水平。该系统由三个部分组成：数据采集设备，GNSS-R测高软件接收机和GNSS-R船载测高反演软件。它目前能够基于BDS B1I、GPS C/A码以及BDS B2a和GPS L5等高精度民用码的观测值，反演得到分米级的海面高数据。与前人研究的结果相比，提高了一个精度提高了一个数量级。

图19船载和岸基（威海金海湾）GNSS-R实验

图20岸基和船载GNSS-R测高结果与测高的测量值对比

(c)卫星时变重力评估了全球及区域近海海平面变化

用卫星时变重力评估了全球及区域近海海平面变化，相关成果发表在地学类权威期刊Geophysical Journal International。近海海平面变化及其气候效应直接威胁人类的生存发展，但是，对于近海海平面变化的成因的解释，一直受观测资料和数据处理的限制。我们采用卫星测高、海洋分析资料，以及经过约束精细化处理的卫星时变重力，首次在全球近海区域探测到海平面的季节性变化，不同独立观测之间能够相互验证。此外，我们也指出，由于海洋分析资料的某些不足，以及卫星测高和卫星重力数据处理中某些重要误差改正不够精确，导致近海海平面的长期趋势变化的不确定度较大。

在局部近海区域，特别是渤海湾，我们使用卫星大地测量技术监测到渤海海平面的上升趋势，如图21a，在整个渤海湾有大约6-8 mm/yr的上升速率。更进一步地，我们使用卫星时变重力数据揭示了渤海海平面上升的成因，主要是由于渤海湾的海水质量在近10年不断增加。渤海海平面的这种长期变化，对山东半岛的沿海的气候、渔业生产捕捞以及海洋环境均会有显著影响，而具体的评估还有待于更为可靠的数据监测（比如沿岸GNSS观测）以及精细化的数据处理。

图21卫星大地测量技术监测渤海海平面变化

图22渤海海平面变化时间序列