一種基于統(tǒng)計(jì)量的gnss-r多源海面測(cè)高裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于統(tǒng)計(jì)量的 GNSS-R(Global Navigation Satellites System-Reflectmetry)多源海面測(cè)高裝置，具體地說(shuō)，是指首先在每個(gè)積分周期內(nèi)，利用 n+m(η為反射天線可見的GPS衛(wèi)星個(gè)數(shù)，m為反射天線可見的北斗衛(wèi)星個(gè)數(shù)）顆導(dǎo)航衛(wèi)星的 反射信號(hào)一維相關(guān)功率得到n+m個(gè)反射信號(hào)相對(duì)于直射信號(hào)的時(shí)延值，并置于對(duì)應(yīng)的時(shí)延 集合中，然后對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的n+m個(gè)時(shí)延集合分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到每個(gè)時(shí)延集合的均值和方 差，并利用統(tǒng)計(jì)得到的均值和方差通過加權(quán)平均的方法進(jìn)行海面測(cè)高。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用GNSS(Global Navigation Satellites System)反射信號(hào)進(jìn)行地球表面物理 參數(shù)的反演是遙感領(lǐng)域的新型技術(shù)之一，具有信號(hào)源廣、成本低，探測(cè)設(shè)備輕等優(yōu)勢(shì)，在近 二十年，得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。該技術(shù)通過星載、機(jī)載或岸基的特殊裝置接收、處 理GNSS反射信號(hào)可進(jìn)行海面風(fēng)場(chǎng)反演、海冰探測(cè)以及土壤濕度探測(cè)。
[0003] 海面高度作為重要的海洋參數(shù)，是海洋遙感領(lǐng)域長(zhǎng)期關(guān)注的對(duì)象之一。GNSS-R高 度計(jì)最初作為傳統(tǒng)高度計(jì)的替代技術(shù)被提出，通過連續(xù)接收處理GNSS直射信號(hào)和經(jīng)海面 反射的回波信號(hào)得到反射信號(hào)相對(duì)于直射信號(hào)的路徑時(shí)延，并利用GNSS衛(wèi)星、接收平臺(tái)以 及鏡面反射點(diǎn)之間的幾何關(guān)系實(shí)現(xiàn)接收平臺(tái)海拔高度的反演，最后與接收平臺(tái)高度（相對(duì) 于橢圓地球參考面的高度）相減得到海面高度。
[0004] 以往的GNSS-R高度計(jì)都是利用單顆衛(wèi)星的時(shí)延進(jìn)行海面高度測(cè)量，但隨著空間 導(dǎo)航衛(wèi)星的增多，在同一觀測(cè)區(qū)域內(nèi)，可能存在多個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星的反射信號(hào)，利用多系統(tǒng)多星 反射信號(hào)進(jìn)行海面高度測(cè)量成為GNSS-R高度計(jì)的研宄內(nèi)容之一。本發(fā)明通過對(duì)同一觀測(cè) 區(qū)域的GPS/北斗系統(tǒng)的多顆衛(wèi)星反射信號(hào)進(jìn)行接收、處理進(jìn)行海面高度的反演，首先在每 個(gè)積分周期內(nèi)，利用n+m顆衛(wèi)星的反射信號(hào)一維時(shí)延相關(guān)功率得到反射信號(hào)相對(duì)于直射信 號(hào)的時(shí)延并置于相應(yīng)的時(shí)延集合，然后對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的n+m個(gè)時(shí)延集合分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)求得 對(duì)應(yīng)均值和方差，最后利用加權(quán)平均的方法得到接收平臺(tái)的海拔高度，并與接收平臺(tái)高度 相減得到海面高度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種基于統(tǒng)計(jì)量的GNSS-R多源海面測(cè)高裝置，該裝置可接收、處 理同一區(qū)域的n+m顆衛(wèi)星的反射信號(hào)對(duì)海面高度進(jìn)行測(cè)量，首先利用每個(gè)積分周期內(nèi)的 n+m顆衛(wèi)星的反射信號(hào)一維時(shí)延相關(guān)功率得到n+m個(gè)反射信號(hào)相對(duì)于直射信號(hào)的時(shí)延τ t di，…T^dn，T^dto+1)，… Ttdto+n〇,并置于相應(yīng)的時(shí)延集合內(nèi)，然后對(duì)Tms內(nèi)的時(shí)延集合{τ^ dl (0)，…，τ r-dl (T)}，…，{ τ r-& (〇)，…，τ r-dn (T)}，{ 丁 r-d(n+l) (〇),-, T r-d(n+l) (T)}，...，{>r- d(n+n〇 (〇)，···，h_d(n+m) (T)}進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到對(duì)應(yīng)均值
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于統(tǒng)計(jì)量的GNSS-R多源海面測(cè)高裝置，其特征在于：它包括一個(gè)GPS LI/北 斗Bl雙頻右旋圓極化天線、一個(gè)GPS LI/北斗Bl雙頻左旋圓極化天線，一個(gè)四通道射頻前 端，一個(gè)GPS LI/北斗Bl雙模導(dǎo)航接收機(jī)，一個(gè)中頻信號(hào)處理模塊和一個(gè)高度反演模塊； 四通道射頻前端中兩個(gè)通道連接GPS LI/北斗Bl雙頻右旋圓極化天線，另外兩個(gè)通道連接 GPSLl/北斗Bl雙頻左旋圓極化天線，GPS LI/北斗Bl雙頻右旋圓極化天線對(duì)天安置接收 GPS/北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)直射信號(hào)，GPS LI/北斗Bl雙頻左旋圓極化天線面向海面安置接收 經(jīng)海面反射的GPS/北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)反射信號(hào)；四通道射頻前端與中頻信號(hào)處理模塊相 互連接，四通道射頻前端接收GPS LI/北斗Bl雙頻右旋圓極化天線和GPS LI/北斗Bl雙 頻左旋圓極化天線輸入的射頻信號(hào)，輸出四路數(shù)字中頻信號(hào)給中頻信號(hào)處理模塊完成信號(hào) 處理和參數(shù)提取；中頻信號(hào)處理模塊與高度反演模塊相互連接，中頻信號(hào)處理模塊經(jīng)過信 號(hào)處理和參數(shù)提取，將各信號(hào)處理通道的反射信號(hào)相對(duì)于直射信號(hào)的時(shí)延輸出給高度反演 模塊；高度反演模塊完成海面高度反演，最終輸出海面高度；GPS LI/北斗Bl雙模導(dǎo)航接收 機(jī)輸入端與GPS LI/北斗Bl雙頻右旋圓極化天線連接，接收其輸出的GPS/北斗衛(wèi)星導(dǎo)航 系統(tǒng)直射信號(hào)完成導(dǎo)航定位，輸出端分別與中頻信號(hào)處理模塊和高度反演模塊相互連接， 將位置信息輸出給中頻信號(hào)處理模塊，衛(wèi)星高度角和接收平臺(tái)高程信息輸出給高度反演模 塊； 所述的GPS LI/北斗Bl雙頻右旋圓極化天線接收GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)Ll和北斗衛(wèi)星導(dǎo) 航系統(tǒng)Bl直射信號(hào)，并將該電磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)； 所述的GPS LI/北斗Bl雙頻左旋圓極化天線接收經(jīng)海面反射的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)Ll 和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)Bl信號(hào)，并將該電磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)； 所述的四通道射頻前端對(duì)右旋和左旋圓極化天線傳輸?shù)腉PS直射、反射以及北斗直 射、反射的射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻、濾波、增益控制以及采樣量化變?yōu)閿?shù)字中頻信號(hào)； 所述的GPS LI/北斗Bl雙模導(dǎo)航接收機(jī)接收GPS LI/北斗Bl雙頻右旋圓極化天線輸 出的信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位，輸出定位信息給中頻信號(hào)處理模塊進(jìn)行可見星預(yù)判以便縮小衛(wèi)星 搜索范圍，輸出高度角S1，…，θ η，θη+1，…，θ_和接受平臺(tái)高度hrt，···，!^給高度反演模 塊進(jìn)行海面高度計(jì)算； 所述的中頻信號(hào)處理模塊由GPS Ll中頻信號(hào)處理模塊和北斗Bl中頻信號(hào)處理模塊組 成，兩子模塊結(jié)構(gòu)和功能一致，分12個(gè)信號(hào)處理通道，每個(gè)處理通道由直射信號(hào)處理通道 和反射信號(hào)處理通道組成，直射信號(hào)處理通道完成直射信號(hào)的捕獲和跟蹤，并將跟蹤結(jié)果 (τ di，fdi)輸出給反射通道作為參考信息；反射信號(hào)處理通道首先對(duì)反射信號(hào)進(jìn)行載波剝 離，并與本地復(fù)制信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算得到一維時(shí)延相關(guān)功率DM ( τ )，然后對(duì)DM ( τ )進(jìn)行微 分?jǐn)M合得到DM'（τ)，通過峰值定標(biāo)得到反射信號(hào)碼相位τΗ;最后輸出結(jié)果為反射信號(hào)相 對(duì)于直射信號(hào)的碼時(shí)延^ di，即反射信號(hào)碼相位τΗ減去直射信號(hào)碼相位τ di; 所述的高度反演模塊由統(tǒng)計(jì)模塊、權(quán)重計(jì)算模塊以及高度計(jì)算模塊組成，統(tǒng)計(jì)模塊對(duì) Tms內(nèi)的n+m信號(hào)處理通道輸出的時(shí)延{τ r_dl (〇)，…，τ r_dl⑴}，…，{ τ _(〇)，…，τ t dn(T)}，r_d(n+l) (〇)，…， 丁 r-d(n+l) ⑴}，…，{τ r_d (n+m) (〇),-, ^ r_d(n+m) (T)}分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得 到對(duì)應(yīng)均值ii，n+i，…，r?和方差of，··,〇'；權(quán)重計(jì)算模塊用于計(jì)算加 權(quán)平均的權(quán)重a i，…，α η，α n+1，…α 高度計(jì)算模塊利用加權(quán)平均的方法進(jìn)行接收平臺(tái) 海拔高度h的計(jì)算，并與接收平臺(tái)高度b相減得到海面高度h
【專利摘要】一種基于統(tǒng)計(jì)量的GNSS-R多源海面測(cè)高裝置，它包括GPS L1/北斗B1雙頻右旋圓極化天線、GPS L1/北斗B1雙頻左旋圓極化天線，四通道射頻前端，GPS L1/北斗B1雙頻導(dǎo)航接收機(jī)，中頻信號(hào)處理模塊和一個(gè)高度反演模塊。通過GPS L1/北斗B1雙頻右旋圓極化天線和左旋圓極化天線分別接收直射和反射信號(hào)，經(jīng)過四通道射頻前端下變頻、濾波、增益控制以及采樣量化后變?yōu)閿?shù)字中頻信號(hào)，進(jìn)行相關(guān)處理得到一維相關(guān)功率，然后求得反射信號(hào)碼相位并與直射信號(hào)碼相位相減得到碼時(shí)延輸出置于時(shí)延集合內(nèi)；高度反演模塊最終輸出海面高度。本發(fā)明充分利用了左旋天線覆蓋范圍內(nèi)的導(dǎo)航衛(wèi)星，提高了海面測(cè)高精度。
【IPC分類】G01F23-284
【公開號(hào)】CN104677463
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510071277
【發(fā)明人】楊東凱, 王峰, 李偉強(qiáng), 張波
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月11日