[发明专利]一种适用于导航接收机的GNSS-IR测高方法

说明书

本发明公开了一种适用于导航接收机的GNSS‑IR测高方法，本发明使用普通导航型GNSS接收机的观测数据，获取卫星在轨位置坐标、信噪比和用户接收机位置坐标，并根据原始观测量计算卫星高度角和方位角；依据观测场景的时空分布来筛选合适的卫星，利用滑动平均法预处理信噪比时间序列。利用局部加权回归法分离各卫星信噪比中的反射分量，对基于高度角重排序的信噪比序列残差进行频谱分析，估计反射信号信噪比的振荡频率,并根据振荡频率计算出单一卫星对应的反射高度；通过加权来优化反射高度的测量结果。本发明扩展了适用范围，充分利用了导航型接收机的数据资源，能有效改善传统低阶多项式法的欠拟合问题，提高了测量精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及导航定位与干涉反射遥感技术领域，主要涉及对GNSS-IR(GlobalNavigation Satellite System-Interferometric Reflection，全球导航卫星系统干涉反射测量)的应用和优化，具体来说，即一种适用于导航接收机的GNSS-IR测高方法。

背景技术

全球导航卫星系统干涉反射测量是利用全球导航卫星系统(Global NavigationSatellite System，GNSS)直射信号与反射信号的干涉来获取反射面物理参数的技术。作为一种新型被动非合作式遥感技术，GNSS-IR很好地继承了GNSS全天时、全天候、无需发射源、覆盖范围广、时空分辨率高等优势，可以利用接收到的GNSS反射信号实现对反射媒介的特征提取或定位探测。近年来，通过大量研究与试验，GNSS-IR逐渐被应用到水面高度、土壤湿度、积雪深度等大地物理参数的遥感探测。如随着城市发展愈加频发的大楼沉降，全球变暖导致的海平面变化等等，因此对目标高度变化的长期、稳定及准确的监测具有很重要的意义。

基于GNSS载波观测量的GNSS-R测高技术，虽然精度较高，但需要特制的反射信号天线与接收机，安装麻烦、成本较高。而传统的GNSS-IR测高技术用到的大地测量型接收机结构复杂、造价昂贵，很难被大规模地应用及推广。而基于GNSS-IR的传统测高方法虽然已经在各种研究与试验中广泛地验证，但仍旧存在着许多需要改进的问题。合理的选星方法是首要前提，若在选星阶段得到了合适的处理，会极大地减少异常处理的负荷；传统GNSS-IR技术用低阶多项式拟合分离直射信号与反射信号的方法，有信号局部拟合度低不能准确反映信噪比趋势等缺点。用单颗卫星进行反演时容易受异常、跳变的影响，而利用多个卫星导航定位系统的多颗卫星数据进行联合反演能有效地改善这种情况，能在提高精度的同时测量系统的增加稳定性。传统的GNSS-IR仅使用GPSL1等单一频段信号，在导航定位领域双频技术较单频在定位精度上有所提升，那在GNSS-IR量测中也是值得关注及研究的一点。综上所述，为了实现全面、准确地监测，GNSS-IR测高在技术和方法上仍有许多难题亟待突破。

发明内容

针对上述现有技术的一些不足，本发明提出了一种适用于导航接收机的GNSS-IR测高方法，引入了滑动平均法预处理信噪比数据，并加入了高精度的卫星高度角与方位角的计算流程，改善了普通GNSS接收机的高度角与方位角观测值只保留整数位引起精度损失而产生量化误差的问题；用局部加权回归(LOWESS)算法分离反射信号，以解决传统低阶多项式拟合法容易欠拟合和小波分解法选择基函数缺乏理论指导的问题；将选星过程分置到预筛选和去异常两个流程中进行，提高了数据处理效率；采用归一化Lomb-Scargle谱分析法估计信噪比振荡项的振荡频率，提升频率估计的精度及稳定性。将多GNSS系统L1/L5两个频段的估计结果进行加权平均处理，减少了异常结果的影响；

本发明采取的具体技术方案如下：

步骤一：采用普通导航型GNSS接收机采集数据，其输出导航电文按对应的协议进行解析，以获取各卫星的在轨位置坐标、信噪比数据，以及用户接收机位置坐标，并根据获取的卫星与接收机位置，计算出卫星高度角和方位角；

步骤二：计算卫星高度角和方位角。

基于步骤一提取的数据，首先将卫星在轨位置从ECEF坐标系(地心地固直角坐标系)转换到大地坐标系，转换公式为：