[发明专利]一种GPS-R/BDS-R反射延迟海况偏差的量化与预测方法及系统

说明书

本发明公开了一种GPS‑R/BDS‑R反射延迟海况偏差的量化与预测方法和系统，该方法包括：确定模型延迟和观测延迟；根据模型延迟和观测延迟，对延迟海况偏差进行量化；基于延迟海况偏差的量化结果，在BM4模型的基础上引入与海况独立的反射角和入射角两个参量，回归各参量系数，构建得到海况偏差参数模型；根据海况偏差参数模型，预测延迟海况偏差。本发明旨在修正GNSS‑R测高的海况误差，提高海面高度反演精度，进而为高精度的GNSS‑R卫星海面测高等应用提供中、大尺度下海域细分的延迟海况偏差校正支持。

技术领域

本发明属于卫星测高学、海洋测绘学等交叉技术领域，尤其涉及一种GPS-R/BDS-R反射延迟海况偏差的量化与预测方法及系统。

背景技术

GNSS-R卫星可作为传统高度计的补充，为全球海洋中尺度过程，以及全球气候变化研究提供亟需的全球高覆盖海面高度观测。风浪塑造的粗糙海面使GNSS-R信号在镜面反射点周围的海面发生散射，造成功率反射波形的峰值点位置相对于镜面反射点向后偏移。这种偏移约为几纳秒，并且随风速和有效波高(SWH)的增大而增大，相关函数导数DCF的峰值将降低减弱，使得峰值时刻的测量带有很大的不确定性。当海面存在偏度时，反射信号相关函数变得不对称并产生偏移。与相关函数最大值对应的到达时间标识的不是平均海平面的位置，而是较低的海面概率分布函数的平均位置。

镜面反射点同步的SSB目前无法由观测直接获取。目前通用的思想是从反射信号相关功率波形中确定镜面反射点位置，获得反射延迟，主要方法包括MAX、DER、HALF。MAX方法定义镜面反射点时延位于波形峰值点处，并未考虑海况偏差。Rius利用反射信号相关功率的一阶导数(DCF)对GNSS-R镜面反射点的反射信号延迟进行估计，基于大量采样估计的散射延迟不确定性为～4m。HALF法将波形上75％峰值相关功率对应的点作为镜面反射点。这些方法是基于假设最早到达接收机的回波来自镜面反射点，但是由于海况和接收器的频率响应等因素的影响可能存在偏差，而目前还没有对这种偏差进行建模和预测。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种GPS-R/BDS-R反射延迟海况偏差的量化与预测方法及系统，旨在修正GNSS-R测高的海况误差，提高海面高度反演精度，进而为高精度的GNSS-R卫星海面测高等应用提供中、大尺度下海域细分的延迟海况偏差校正支持。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种GPS-R/BDS-R反射延迟海况偏差的量化与预测方法，包括：

确定模型延迟和观测延迟；

根据模型延迟和观测延迟，对延迟海况偏差进行量化；

基于延迟海况偏差的量化结果，在BM4模型的基础上引入与海况独立的反射角和入射角两个参量，回归各参量系数，构建得到海况偏差参数模型；

根据海况偏差参数模型，预测延迟海况偏差。

在上述GPS-R/BDS-R反射延迟海况偏差的量化与预测方法中，通过如下方式确定模型延迟：

构建平均海面反射面模型；

基于构建的平均海面反射面模型，计算得到反射路程和直射路程；

将计算得到的反射路程与直射路程的差，记作模型延迟。

在上述GPS-R/BDS-R反射延迟海况偏差的量化与预测方法中，通过如下方式确定观测延迟：

通过k次采样，确定观测延迟；其中，观测延迟中的误差源包括：单个波形的延迟海况偏差σ_ss(i)、单个波形的噪声延迟偏差σ_noi(i)、单个波形的大气延迟偏差σ_atm(i)、以及单个波形除延迟海况偏差、噪声延迟偏差和大气延迟偏差之外的其他延迟偏差Δσ_obs(i)；

观测延迟中的各误差源满足如下式(1)：