[发明专利]一种基于GNSS‑R海面目标区域归一化探测方法

说明书

技术领域

本发明公布了一种基于GNSS-R(Global Navigation Satellite system-reflection)海面目标区域归一化探测方法，属于利用GNSS反射信号遥感探测技术领域。

背景技术

GNSS反射信号海面目标探测是利用卫星信号进行海洋表面遥感方向的具体应用，是一种被动式双基或多基遥感技术，是国内外遥感探测和导航技术领域研究热点之一。

当GNSS直射信号照射海面，在闪耀区内形成无数多个散射点，然而不同散射点的散射信号被接收机接收时，到达接收机的时间是不同的。根据扩频信号接收原理可知，散射信号不同的传播时间表现为不同的码延迟，等延迟线就是与镜面点反射信号相比具有相同时间延迟的点组成的曲线。等延迟区或等延迟环是定义的两条等延迟线围成的椭圆环形区域，与接收机采样频率，即码片分辨率有关。码片分辨率越高，则相同条件下的等延迟区越密集。基于GNSS双基雷达的海面风场探测系统中，机载或星载接收机和GPS卫星均有着不同的运动速度，同时接收机的高度也可能在变化。因此，接收机接收到的海面不同散射点的散射信号可能具有不同的多普勒频率，且随着卫星参数和接收平台运动参数的变化不断变化，具有相同多普勒频率的海面散射点组成的曲线称为等多普勒线。

由于不同的等延迟线和等多普勒线将反射区域划分特定时延值和多普勒频率值得单个区域，通过设定不同时间延迟和多普勒频移的范围和间隔，就可确定观测区域和分辨单元的大小，并且卫星导航信号经过海面反射之后携带反射面的物理特性，通过GNSS-R硬件接收机对接收反射信号并对反射信号中时延多普勒等信息进行计算并提取来分析反射区域特性。当海面目标出现在反射天线探测区域时，由于海面目标的出现，其对反射信号的反射率增大，相应的时延多普勒二维相关功率增大，通过GNSS-R探测平台GNSS-R海面目标探测是对反射区域时延多普勒二维相关功率对目标出现区域进行计算，提取相关功率最大值与设定阈值进行比较，若大于阈值，则判定在反射区域内有目标出现。由于不同风况的影响，在反射区域会出现目标未出现会有时延多普勒二维相关功率大于阈值的情况发生，此时需要归一化探测方法进行目标的误探测排除。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于GNSS-R海面目标区域归一化探测方法，利用该方法排除利用GNSS-R进行海面目标探测时误探测的情况。在平静海面区域进行探测时，由于海面的反射率普遍接近一致，星载GNSS-R硬件接收平台的反射信号相关功率值在相同的时延和多普勒延迟内也比较接近。当海面有大型目标出现时，相应的反射信号在该区域的反射率会增大，此时反射信号的功率会增大，但是由于海面风况的不同，海面的粗糙度变大，也会造成局部反射信号增大，从而给利用反射信号相关功率最大值判断目标出现增加了干扰，但是当反射信号功率最大值由海面不同风况影响时，其周围海面的反射信号相关功率值也会发生变化，而在海面目标出现的周围海域反射信号相关功率值变化则不大。当接收到的反射信号时延多普勒二维相关功率最大值大于设定阈值的情况时，将时延多普勒二维相关功率的最大值进行提取，并按照探测方法进行周围反射区域的相关功率值进行处理，降低误探测出现次数，提高利用GNSS-R进行海面目标探测的正确率。

本发明的技术方案是：基于星载GNSS-R硬件接收机对海面目标进行区域探测。当海面目标出现时，通过计算时延多普勒二维相关功率利用海面归一化区域探测方法对海面目标进行正确探测。

其中，星载GNSS-R接收机主要在小卫星平台搭载GNSS-R硬件接收机，构成GNSS-R星载探测平台。所述的GNSS-R硬件接收机由双射频前端、高速A/D变换器、FPGA专用相关器、DSP数字信号处理器、UART控制接口和USB控制接口、高增益的直射天线和四个高增益的反射天线等组成。它们之间的关系是：其中双射频前端中的片内锁相环产生2456MHz本振信号，与接收到的1575.42MHz信号混频后产生880.58MHz的信号；该信号与927MHz的本振信号混频产生46.42MHz的模拟中频信号。同时该模块集成10MHz的温补晶振，为后端数字化电路提供基准时钟，其参考频率稳定度为±5×10-7，与信号处理后端采用SMA接口连接，并实现物理屏蔽隔离，有效的降低高频模拟与数字电路之间的干扰和噪声，使信号质量得到进一步的优化。

其中高速A/D变换器主要是将双射频前端模块的处理数据和结果进行模数转换，将转化后的数字信号传输至后端的FPGA模块和DSP模块进行直射相关通道和反射信号相关通道的相关功率计算。