[发明专利]一种基于GNSS‑R技术的河流流速测量方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及遥感技术领域，特别涉及一种基于GNSS-R技术的河流流速测量方法与系统。

背景技术

全球卫星导航定位系统(GNSS)是所有全球导航卫星系统及其增强系统的集合，包括已经建成的美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO以及我国的北斗导航系统。作为最具影响和最有实用价值的空间技术成果之一，GNSS不仅为导航定位、测绘等领域提供了强有力的工具，而且在海洋测量方面，应用也得到迅速发展，一些学者发现，GNSS的反射信号是可以被接收并利用的，由此开辟了一个新的研究领域—GNSS-R技术，并产生了以此技术为基础的新兴学科领域—GNSS-R海洋遥感学。

GNSS-R(Global Navigation Satellite Systems Reflections)遥感技术，即GNSS反射信号遥感技术，是20世纪90年代以来逐渐兴起的新型遥感探测技术。该技术利用导航卫星L波段信号为发射源，在岸基、机载和星载接收平台通过接收机接收处理海洋、陆地等不同目标反射的GNSS信号，最终实现地球物理参数的提取。基于GNSS-R遥感技术探测手段属于被动遥感方法，其工作模式为收发双(多)基雷达模式，具有以下突出优点：

a.隐蔽性好

不需要探测系统主动发射探测信号，采用异源观测模式，利用全球共享的导航星座为发射源。

b.信号发射源丰富

GNSS-R遥感技术具有大量的信号源。我国北斗系统、GPS、Galileo和GLONASS都可以被用来作为GNSS-R遥感技术的信号源。

c.系统的设备复杂度低，使用便捷

随着GNSS信号接收机不断改进，自动化程度越来越高；接收机体积越来越小，重量越来越轻，极大减轻测量工作者的工作紧张程度和劳动强度。

d.全天候作业

GNSS-R遥感探测可在一天24小时内任何时间进行，不受阴天黑夜、起雾刮风和下雨下雪等恶劣天气状况影响。

基于GNSS-R的上述优势，国内外开展了大量的实验和理论研究：

NASA兰利研究中心在1998年、2000年开展了利用GNSS-R进行风场遥感的机载实验，证明了利用GNSS-R信号归一化相关功率可以反演海面风场。M.Martin-Neria等分别于1997年、2001年、2003年开展的Zeeland-桥I、II、III试验证明了根据GNSS-R反射信号与直射信号之间存在的相对延迟可以用来反演海面高度。目前，利用GNSS-R测风技术的风速精度可以达到±2.0m/s，风向±20°；测量海面高度精度可以达到5cm。GNSS-R遥感技术除了被成功应用于海面风场及高度的遥感探测外，它还在土壤湿度，涡流，潮位、海冰等遥感探测技术中得到应用，并取得大量研究成果。此外，开展GNSS-R研究的最终目标是实现星载应用。2003年10月，英国国家空间中心发射了一颗680公里高的极轨UK-DMC灾难探测卫星，星载GNSS-R接收机设备成功地接收到了来自海洋、冰雪区域以及陆地反射的GPS信号，初步验证了星载GNSS-R海洋风场探测的可行性。更引人注目的是，美国宇航局NASA(National Aeronautics and Space Administration)和欧洲太空局ESA(European Space Agency)正在分别计划实施新的GNSS-R卫星在轨观测计划CYGNSS(Cyclone Global Navigation Satellite System)和PARIS IoD(Passive Reflectometry and interferometry System in-Orbit Demonstrator)

值得注意的是，虽然现在GNSS-R技术在海洋、湖泊、陆地和冰雪区域开展了大量的研究，但是针对河流，尤其是针对河流流速的研究尚属空白。

发明内容

本发明的目的在于发明一种基于GNSS-R技术高精度探测河流流速的装置和方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于GNSS-R技术的河流流速测量方法，至少包括以下步骤：

步骤1)、对所接收的直接信号与反射信号做下变频与采样；

步骤2)、对所接收的直接信号进行处理，得到直接信号的跟踪频率、伪距和载波相位观测值；