[发明专利]岸基阵列GNSS反射信号潮汐与多波浪参数综合探测系统

说明书

技术领域

本发明涉及微弱全球导航卫星系统(GNSS)信号处理、电波传播、海洋环境监测及海洋动力学领域，尤其涉及一种基于阵列GNSS海面反射信号特征的用于岸基潮汐高度和波浪有效波高、平均波周期和波向的综合探测系统——岸基阵列GNSS反射信号的潮汐和多波浪参数综合探测系统。

背景技术

随着科技的发展以及国际形势的变化，世界各国，尤其是沿海国家已经将海洋经济、海洋科技和海洋装备等领域的发展提升为国家级战略的高度，我国也同样将海洋领域提升到一个前所未有的高度，“一带一路”战略的实施、“中国制造”向“中国创造”的转变以及走向深蓝海等多个方面的发展，都需要海洋环境探测技术的支持和保障。岸边潮汐高度和波浪参数的长期监测是海洋环境监测不可缺少的重要组成内容。

当前，岸边潮汐高度主要是利用建设验潮井的方式进行监测；波浪则主要是利用投放近岸海洋浮标进行监测。这两种传统方式虽然都能够对潮汐和波浪进行观测，但在观测站位的选择上要求较高，受地理环境的约束，且建设成本和维护成本都很高，不利于岸边潮汐和波浪的加密观测。

利用一个指向海面的左旋圆极化(LHCP)天线接收的海面反射的GNSS卫星信号特征遥感反演海面参数是一种上世纪90年代提出的被动探测技术。目前，已经有用该技术遥感观测有效波高参数的资料，但还未见波向和平均波周期以及潮汐高度观测的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种岸基阵列GNSS反射信号的潮汐和多波浪参数综合探测系统，可用于岸基情况下，利用阵列天线接收的阵列GNSS海面反射信号特征同时探测潮汐高度和多波浪参数，降低自然环境对岸边潮汐与波浪观测站点的限制，填补我国岸基情况下潮汐和多波浪参数综合观测技术的空白，为我国海洋环境监测及科学研究等提供有效手段，为海洋气象预报提供重要的参数支撑。

一种岸基阵列GNSS反射信号潮汐与多波浪参数综合探测系统，其特征在于包括天线单元，GNSS中频信号采集模块，直射信号处理模块，反射信号处理模块，潮汐和波浪参数反演模块，数据存储、输出与显示模块，所述的潮汐和 波浪参数反演模块包括潮汐高度计算模块，波向反演模块，有效波高和平均波周期反演模块；

所述天线单元，用于接收GNSS卫星发射的信号，包括一个右旋圆极化(RHCP)天线、两个或以上的左旋圆极化(LHCP)天线和天线支架，所述的RHCP天线用于接收从卫星直接传播过来的信号，称为直射信号；LHCP天线用于接收被海面反射的信号，称为反射信号；所述的RHCP天线朝向天顶方向，其中一个LHCP天线与RHCP天线朝向相反，并指向海面，其它LHCP天线以不同的仰角指向海面；

所述GNSS中频信号采集模块具有的采集通道的数量与所述天线单元的天线个数相同，用于采集经天线单元传输过来的GNSS卫星信号，并进行下变频至中频，并进行编码后输出；

所述直射信号处理模块，用于处理GNSS中频信号采集模块输出的直射信号，并输出RHCP天线的位置，以及卫星的位置、速度、方位角、仰角、卫星信号的多普勒频移、码序列、载波相位和信号功率复数场参数，从而为反射信号处理模块及波向反演模块、有效波高和平均波周期反演模块提供辅助参数；

所述反射信号处理模块，用于根据直射信号处理模块提供的多普勒频移和码序列参数对反射信号在码延迟域和多普勒频移域进行处理，得到反射信号的延迟多普勒功率矩阵DDM_m；

所述潮汐高度计算模块，根据反射信号相对于直射信号的时间延迟，来实时计算LHCP天线到海面的高度，进而综合参考海拔高度点，换算出海面的潮汐高度；

所述波向反演模块，根据卫星的方位角和不同海面粗糙度对GNSS反射信号延迟多普勒功率矩阵的不同影响，反演出海面粗糙度在不同方位上的变化特性，据此得到波向参数；

所述有效波高和平均波周期反演模块53，根据反射信号和直射信号复相干场与有效波高和平均波周期的映射关系，同时反演出有效波高和平均波周期参数；

所述数据存储、输出与显示模块，用于将上述潮汐和波浪参数反演模块得到的潮汐和波浪参数进行存储备份，并输出至指定终端，同时将参数直观的显示出来。