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海平面变化直接影响全球天气及长期气候的演变,是环境科学关注的重要问题之一。与此同时,海平面变化也是地球动力学、动态大地测量及海洋测绘研究的重要内容,它关系到全球高程基准的统一,也是现代空间大地测量技术的重要研究内容。随着GNSS(Global Navigation Satellite System)研究与应用的不断深入,基于多路径效应的GNSS-MR(Global Navigation Satellite System Multipath Reflectometry)反演技术用于地表环境监测(植被、土壤湿度、雪深、海平面、火山等)已成为一种新兴的遥感手段。本文从GPS多路径和信噪比的关系着手,研究了GPS-MR技术监测水面变化的理论和方法,并基于GPS-MR技术获取了区域平均海面,验证了GPS信噪比监测海平面变化的可行性。论文主要研究内容和创新点如下:1.探究了GPS多路径产生的原因、时空特性以及对GPS天线设计的影响,并对GPS反射信号的极化方式、反射面的反射系数等进行了研究。给出了GPS信噪比的概念,分析了信噪比序列的特征及影响因素。在此基础上,详细分析了GPS多路径效应和信噪比的关系,并指出低高度角下信噪比SNR(Signal-to-Noise Ratio)受多路径影响严重,GPS多路径效应会直接影响GPS信噪比的变化,因此通过SNR的频谱分析可获取引起GPS多路径反射的地表环境参数。2.研究了基于信噪比观测值的GPS-MR技术进行水位探测的函数模型,并对信噪比残差序列的提取方法、有效卫星弧段的选取进行了讨论,提出了判断LSP(Lomb-Scargle periodogram)频谱分析得到的垂直反射距离是否有效的标准,通过菲涅尔反射区的理论分析了GNSS测站反演潮位变化的范围。通过算例,利用GPS-MR技术对湖面、有潮汐日变化的海面分别进行了水位变化的反演,验证了GPS-MR技术应用于水位变化监测的有效性,还分析了GPS-MR技术用于湖面和海面反演精度不同的原因。证明了岸基CORS(Continuously Operating Reference Stations)站在一定程度上可作为验潮站的补充。3.介绍了海洋潮汐和区域平均海水面获取的基本理论,给出了GPS-MR技术获取区域平均海水面的方法。通过算例分析,验证了GPS-MR技术在获取区域平均海水面时有着较高的精度,发挥了岸基CORS站在海平面变化监测中的应用价值。