在常规的GNSS定位、导航和定时应用中，需要尽量避免多路径干扰。而GNSS-R反射测量则充分利用了反射信号来进行遥感研究。
GNSS卫星持续向地球播发L波段信号，从地球粗糙表面反射回来的 GNSS信号可以提供包括波形、幅值、相位、频率和极化特征等信息。通过GNSS-R接收机接收海面、冰面、陆面的GNSS反射信号，可用于海洋、陆地、水文、植被和冰雪等遥感应用。
GNSS-R分为GNSS-R测高和GNSS-R散射测量两种。
一、GNSS-R测高
如上图所示，通过测量同一GNSS卫星的镜面反射信号与直射信号之间的时延差ρ即可计算天线到反射面的高度h。θ为GNSS卫星仰角。
因此GNSS-R测高的重点在于GNSS镜面反射信号与直射信号之间的时延差ρ的测量。
注意直射信号为右旋圆极化RHCP，反射信号为左旋圆极化LHCP。
1、码相位测高
GNSS-R传统群延迟测高技术利用本地接收机生成的民码分别与接收到的GNSS直射和反射信号的民码相关，得到二者时延差ρ。
该技术只能跟踪公开的民码，C/A、L1C、L2C的码宽均为293米，因此测高精度为米级。L5与P(Y)码宽为29.3米，测高精度可达到分米级。码相位法速度快、稳定性高，但是码宽限制了测高精度。
由于P(Y)码的结构未知，无法在本地接收机生成，因此GNSS-R干涉测高技术将GNSS直射信号与反射信号直接相关，利用生成的干涉相关功率波形计算二者的时延差。
该方法需要双天线接收机分别接收直射信号和反射信号，不需要已知接收机和卫星的钟差。
2、载波相位测高
GNSS-R载波相位测高技术利用GNSS反射信号与直射信号的相位跟踪结果计算二者的时延差ρ。
通过双天线接收机，分别求取直射信号与反射信号的相位，即可求得反射信号相对于直射信号的相位差φ。
该方法需要固定模糊度和解算接收机钟差。
星载GNSS-R载波相位测高精度可以达到厘米级，但是需要反射信号的载波相位连续跟踪，在海风、海浪较大导致海面粗糙的情况下很难实现。应用中通常利用低仰角GNSS信号降低海面粗糙度，且风和浪应低于6 m/s和1.5 m。
3、信噪比测高
信噪比（SNR）法可直接使用普通测量型GNSS接收机和单个天线来同时接收GNSS直射信号和反射信号进行地球物理参数的反演，无需开发新的接收设备，可利用现有的CORS站，因此具有部署简单、分布广泛等特点。反演精度一般为分米级。
右旋圆极化（RHCP）天线容易接收直射信号，同时也会抑制反射信号。但是，并没有完全抑制。
Pd和Pr分别为直射信号功率和反射信号功率；Pn为噪声功率；φ为反射信号与直射信号的相位差。
等号右边第1项为直射和反射信号非相干项；第2项为直射和反射信号干涉引起的信噪比振荡项。
黑色实线为仅接收直射信号时信噪比的变化趋势，红色虚线为叠加了反射信号的信噪比变化趋势。可以看出，反射信号对直射信号形成了振荡干扰。
天线高度h包含在相位差φ中，而相位信息包含在信噪比的振荡项中。
因此，通过二阶多项式拟合信噪比中的非相干项，并将其扣除，得到信噪比中的振荡项。
通过LS谱分析、最小二乘拟合法或FFT法可得到信噪比的振荡频率f。由振荡频率就可以计算天线高度h。
随着天线架设高度的增加，反射面粗糙度的影响增大，反射路径延长，反射功率大幅衰减，导致反演性能下降。因此，该方法不能用于机载或LEO卫星测高。
二、GNSS-R散射测量
GNSS反射信号包括镜面反射信号（相干分量）和散射信号（非相干分量）。
GNSS-R天线需实时指向选定的GNSS卫星和其对应的镜面反射点。通常采用多波束上视/下视相控阵天线，可同时指向多对目标。由于海面通常是粗糙的，因此，接收到的GNSS反射信号，不仅仅是镜面反射信号，还包括了镜面反射点周围的大片区域的一系列反射信号。
这些反射信号由于传播路径不同及海面运动的不同，相对于GNSS-R接收机复制的参考信号，具有不同的时延差和多普勒频移。因此，利用一系列的等时延和等多普勒线可以将反射面划分成大量小反射面元，得到时延多普勒图DDM(Delay-Doppler Mapping)。
GNSS-R接收机对接收到的反射信号进行时延和多普勒补偿，然后与参考信号做互相关，得到DDM。上图横轴为反射信号的多普勒值，纵轴为反射信号的时延值，颜色为反射信号与GNSS-R接收机复制的伪码相关后的相关功率。
散射信号受粗糙海面的影响而呈现出不同的特征，通过对散射信号的分析可以提取表征反射面的特性参数。通过DDM来描述不同反射单元的反射强度，其幅度可用于描述反射介质对 GNSS反射信号的反射率；其时间延迟可用于描述反射信号相对于直射信号的路径延迟关系。DDM可从时延和频率两个方面来精确量化每一反射单元的反射特性，是GNSS-R技术反演地球物理参数的基本观测量。
DDM在0Hz多普勒频率时的剖面为一维时延波形DM(Delay-Mapping)。横轴为时延值，纵坐标为相关功率。
在海洋遥感中，可进行海洋测高、反演海面风场、估计海水盐度以及海面溢油；在陆地遥感中，利用微波波段对水分的敏感的特性，可以估计土壤湿度和植物生长量；在冰川雪地遥感中，利用GNSS在时空分辨率上的优势，可以测量海冰厚度、积雪厚度、密度、粗糙度等。
参考文献：略
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