[发明专利]一种基于GNSS反射信号相干时间的海冰检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于GNSS反射信号相干时间的海冰检测方法及系统。其中，本发明涉及的海冰检测方法，包括：S1.利用GNSS右旋圆极化天线接收直射信号，GNSS左旋圆极化天线接收反射信号，并将接收到的信号由GNSS采集器进行下变频、量化处理，得到数字中频信号；S2.对直射信号进行捕获、跟踪处理，并将跟踪的直射信号的码相位、载波多普勒信息传递给反射通道，得到反射信号同相和正交之路的复数相关值序列I和Q；S3.输出信号的同相和正交之路的复数相关值序列I和Q；S4.将输出的序列I和Q作为输入，计算ICF函数，并对ICF函数进行处理，得到有效相干时间；S5.判断得到的有效相干时间是否大于相干时间阈值，若是，则输出为海冰的结果；若否，则输出为海水结果。

技术领域

本发明涉及海冰检测技术领域，尤其涉及一种基于GNSS反射信号相干时间的海冰检测方法及系统。

背景技术

目前应用最广泛的海冰监测手段主要有三种：第一种是依靠专业人员进行“目测”，无法实现长时间、大范围的持续观测；第二种是“器测法”，易受到环境和天气的影响；第三种是“遥测法”，主要是通过微波遥感手段对海冰进行监测，探测范围广，在极端环境下也能得到很好的保障。传统的微波遥感手段主要是通过合成孔径雷达(SAR)对海冰进行监测，但需要的成本特别高，对近海岸海冰监测存在一定的盲区。

如公开号为CN106842205A的专利公开了一种合成孔径雷达海冰-海水自动识别方法，利用四极化SAR归一化雷达散射界面(NRCS)，计算出SAR图像极化比。同时利用四极化复图像计算出方向漂移角及其标准方差，与雷达入射角参数一起代入Bragg散射系数模型公式，求出相对介电常数为0-90，步长为0.1的对应理论极化比，求出平均极化比图像。以平均极化比为判据，当SAR图像极化比大于平均理论极化比时，判定为海水，否则判定为海冰。上述专利通过合成孔径雷达对海冰进行监测，存在成本特别高，对近海岸海冰监测存在一定的盲区的技术问题。

GNSS反射信号进行海洋遥感是卫星遥感技术的新型技术之一，具有信源多，探测范围广，重量轻，扩频处理，应用面宽等优势GNSS-R(Global Navigation Satellitesystem-Reflected)技术通过采用岸基、机载以及空载的特殊接受设备接收GNSS直射信号和以及经反射面散射的回波信号，对直射信号和反射信号进行处理来反演目标物的特性。因此，本发明提出一种基于GNSS反射信号相干时间的海冰检测方法及系统。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于GNSS反射信号相干时间的海冰检测方法及系统，以导航卫星为信号源，接收并处理GNSS直射信号和经海面反射后的信号，解算出反射信号的相干时间，通过与已设定的相干时间阈值进行比较，判断海面是水还是冰，实现对海冰的检测功能。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于GNSS反射信号相干时间的海冰检测方法，包括步骤：

S1.利用GNSS右旋圆极化天线接收直射信号，GNSS左旋圆极化天线接收反射信号，并将接收到的直射信号、反射信号由GNSS采集器进行下变频、量化处理，得到数字中频信号；

S2.对直射信号进行捕获、跟踪处理，并将跟踪的直射信号的码相位、载波多普勒信息传递给反射通道，得到反射信号同相和正交之路的复数相关值序列I和Q；

S3.输出直射信号和反射信号的同相和正交之路的复数相关值序列I和Q；

S4.将输出的序列I和Q作为输入，计算干涉复数场ICF函数，并对干涉复数场ICF函数进行处理，得到有效相干时间；

S5.判断得到的有效相干时间是否大于相干时间阈值，若是，则输出为海冰的结果；若否，则输出为海水结果。

进一步的，所述步骤S4中干涉复数场ICF函数表示为：