[发明专利]自适应多级计算的精确反演海面高程遥测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种精确反演海面高程的装置，具体地说，是指利用反射信号相关功率曲线的微分曲线确定镜面反射点的粗略位置，然后再利用曲线拟合的方法确定镜面反射点的精确位置，从而能够精确反演海面高程。

背景技术

利用GNSS反射信号的海面测高技术是卫星遥感技术的一个分支，通过采用岸载、机载、星载或其它GNSS反射信号遥感平台上的接收机装置，连续采集GNSS卫星直射信号及经海面散射的回波信号，通过相关处理得到直射和反射信号之间的相对路径延时，并利用GNSS卫星、GNSS反射信号测高平台和反射点（面）之间的几何关系，实现GNSS-R测高平台至反射面垂直高度计算，并反演计算出海面高度。

在反演计算海面高度时，得到镜面反射点的位置是必要的步骤。根据海面反射信号的特点，可知海面反射信号时延相关功率峰值点不对应镜面反射点的时延，由于海面粗糙度的影响，镜面反射周围漫反射点的存在，其他时延信号的功率逐渐变大，因此反射信号时延相关功率的峰值点位置向后偏移，若使用的传统的跟踪峰值点或波形的半功率点测量信号时延，会带来较大偏差，其将随着风速的增大而增大。另外，由于时延相关功率随风速扩散特性，使得相关函数不再是很尖的三角函数，而峰值的平滑特性使得峰值时刻测量本身也会带来一定误差。

本专利中首先利用反射信号相关功率波形峰值前沿的梯度突变点得到镜面反射点的粗略位置，然后利用曲线拟合方法得到镜面反射点的精确位置。该方法可有效降低散射误差，提高反射信号路径延迟的估计精度，进而提高反演海面高度的精度。

发明内容

本发明提出一种利用反射信号相关功率波形微分曲线粗略确定镜面反射点并利用海面散射信号相关功率的理论曲线拟合实测曲线得到精确镜面反射点位置的方法进行海面测高的装置，该装置可精确反演海面高程，实现对海洋洋面高度的实时精确监视，能够对海啸、台风等自然灾害的进行有效地监测和预警。

本发明中的海面高程获取装置包括一个右旋天线，一个左旋天线，一个射频前端处理器，一个中频信号处理模块。中频信号处理模块包括直射与反射信号处理模块、海面高程测量模块。

在本发明中，装置通过右旋天线接收导航卫星直射信号，通过左旋天线接收导航卫星反射信号，天线将接收到的直射反射信号传输给射频前端处理器，由射频前端处理器将射频信号进行下变频并通过模拟数字转换器转换为中频数字信号作为后续中频信号处理模块的输入。中频信号处理模块中的直射信号处理模块对直射数字信号进行频域相关处理，导航定位模块利用频域相关处理的结果进行导航定位运算得到定位结果。中频信号处理模块中的反射信号处理模块对反射数字信号进行二维相关运算得到反射信号的二维相关功率值。海面高程测量模块利用直射信号处理模块和反射信号处理模块的处理结果进行海面高程反演计算。

本发明的一种精确反演海面高程的装置的优点在于：

一.该装置只需接收装置，降低了装置的复杂性和成本。

二.采用反射波形微分曲线粗略估计镜面反射点码延迟以及利用曲线拟合精确计算镜面反射点码延迟，提高了估计散射延迟的精度，进而提高了测量海面高程的精度。

三.由于GNSS信号的全天时，全天候，全球性，该装置可广泛使用，对海洋进行大尺度的空间和时间范围内的监测。

四.可在本装置的基础上添加海浪，海风反演装置，加强对海洋的全面监测。

随着导航系统卫星的增多，GNSS信号将日益丰富，该装置的应用范围将会日益扩大。

附图说明

图1是本发明测量装置的总体框架图。

图2是本发明测量装置的直射与反射信号处理模块。

图3是本发明测量装置的海面高程测量模块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

如图1为本装置的总体结构图，本发明中的海面高程获取装置包括一个右旋天线，一个左旋天线，一个射频前端处理器，一个中频信号处理模块。

右旋天线用于接收导航卫星直射信号DS，该信号经右旋天线增益放大后作为射频前端处理器的输入。

左旋天线用于接收经海面反射后的导航卫星反射信号RS，该信号经左旋天线增益放大后作为射频前端处理器的输入。

射频前端处理器将接收到的射频信号下变频为中频信号，然后利用A/D转换器将中频信号转化为数字中频信号DDIF/RDIF作为计算机的输入，供中频信号处理模块处理。

中频信号处理模块包括直射信号处理模块、反射信号处理模块、海面高程测量模块。