[发明专利]基于伯格算法的海面高度测量方法

说明书

本发明提供一种基于伯格算法的海面高度测量方法，包括步骤：S1：将单天线观测模式下接收到的卫星导航SNR数据进行去趋势处理，得到SNR残差序列并将其作为原始信号：S2：通过Burg算法对所输入的去趋势后的SNR残差序列进行递推计算，得到所有阶次的AR参数；S3：将AR参数代入功率谱表达式得到SNR残差序列的功率谱；S4：找到功率谱中最大功率峰值所对应的频率；S5：利用去趋势后的SNR残差序列的表达式及建立的GNSS‑R测高模型几何关系求出反射器高度，进而求得海面高度。本发明的一种基于伯格算法的海面高度测量方法，具有高分辨率和方差小等特点，可较精确地提取出SNR数据的振荡频率进而反演出海面高度。

技术领域

本发明涉及海洋气象监测领域，尤其涉及一种基于伯格算法的海面高度测量方法。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS)是GPS、GLONASS、Galileo系统和BDS等卫星导航定位系统的统称，是以人造地球卫星作为导航台的新基无线电导航系统，为用户提供全天候、高分辨率、高精度、近实时的授时、通信和定位等服务。随着GNSS技术的发展，有研究学者发现原本是多径误差源的地表反射信号可做为一种新型的遥感信号源进行地表反射面特征参数的反演，由此产生了GNSS-R技术。

目前，GNSS-R技术根据观测天线装置的不同，可分为单天线和双天线观测模式，其中单天线观测模式由于装置简单的特点，已成为当前GNSS-R技术的研究热点。单天线观测模式的工作原理是对卫星导航直射信号与地表反射信号干涉形成的干涉信号SNR数据进行时频域分析，利用SNR数据的振荡频率进行海面高度反演。研究发现，单天线观测模式接收到的SNR数据可以被表示为直射信号功率、反射信号功率以及由直射信号和反射信号干扰引起的SNR振荡项三部分叠加而成，其中由直射信号功率和反射信号功率叠加而成的部分是一个二阶多项式的上升趋势项，该趋势项不含有海面高度信息，因此需要采取合适的方法将趋势项去除。去除趋势项后，得到的SNR残差序列是一个用余弦函数表示的由反射信号和直射信号的相位差随时间变化引起的高频振荡部分。通过建立GNSS反射信号的几何关系模型，直射、反射信号的相位差可由天线相位中心到反射面的垂直高度(反射器高度)、信号波长和卫星瞬时仰角的正弦值表示。如果将随时间变化的卫星仰角正弦值看做一个时间序列，则可以求出SNR残差序列的振荡频率、反射器高度和卫星仰角正弦值之间的关系。基于反射器高度与振荡频率的对应关系，可以利用谱估计方法将时域问题转化成复频域问题进而求得SNR残差序列的功率谱。功率谱反映了信号的功率在频域随频率的分布，可通过求解出振荡频率进而求解出对应的反射器高度进而求得观测海面的高度。目前，谱估计方法较多，其中周期图法是经典的谱估计方法，可以通过傅里叶变换求解出信号的频率结构。但因为反演模型建立的时间序列是卫星仰角正弦值，其范围为0～1，存在大小变化不均匀的特点，利用周期图发求解此类信号的振荡频率会因方差性能和分辨率差而导致反演结果精度较低。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于伯格算法的海面高度测量方法，可对单天线观测模式下接收到的卫星导航SNR数据去趋势后得到的SNR残差序列进行复频域分析，得到SNR残差序列高分辨率、方差小的功率谱从而提取出对应的振荡频率，利用GNSS反射信号的几何关系模型求得反射器高度并于接收机相减得到海面高度。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于伯格算法的海面高度测量方法，包括步骤:

S1：将单天线观测模式下接收到的卫星导航SNR数据进行去趋势处理，得到SNR残差序列并将所述SNR残差序列作为原始信号：

S2：通过Burg算法对所输入的所述SNR残差序列进行递推计算，得到所有阶次的AR参数；

S3：将计算所得的所述AR参数代入功率谱表达式得到所述SNR残差序列的功率谱；

S4：找到所述功率谱中最大功率峰值所对应的频率；

S5：利用所述SNR残差序列的表达式及建立的GNSS-R测高模型几何关系求出反射器高度，进而求得海面高度。