[发明专利]一种基于统计量的GNSS‑R多源海面测高装置

摘要

一种基于统计量的GNSS‑R多源海面测高装置，它包括GPS L1/北斗B1双频右旋圆极化天线、GPS L1/北斗B1双频左旋圆极化天线，四通道射频前端，GPS L1/北斗B1双频导航接收机，中频信号处理模块和一个高度反演模块。通过GPS L1/北斗B1双频右旋圆极化天线和左旋圆极化天线分别接收直射和反射信号，经过四通道射频前端下变频、滤波、增益控制以及采样量化后变为数字中频信号，进行相关处理得到一维相关功率，然后求得反射信号码相位并与直射信号码相位相减得到码时延输出置于时延集合内；高度反演模块最终输出海面高度。本发明充分利用了左旋天线覆盖范围内的导航卫星，提高了海面测高精度。

主权项

一种基于统计量的GNSS‑R多源海面测高装置，其特征在于：它包括一个GPS L1/北斗B1双频右旋圆极化天线、一个GPS L1/北斗B1双频左旋圆极化天线，一个四通道射频前端，一个GPS L1/北斗B1双模导航接收机，一个中频信号处理模块和一个高度反演模块；四通道射频前端中两个通道连接GPS L1/北斗B1双频右旋圆极化天线，另外两个通道连接GPS L1/北斗B1双频左旋圆极化天线，GPS L1/北斗B1双频右旋圆极化天线对天安置接收GPS/北斗卫星导航系统直射信号，GPS L1/北斗B1双频左旋圆极化天线面向海面安置接收经海面反射的GPS/北斗卫星导航系统反射信号；四通道射频前端与中频信号处理模块相互连接，四通道射频前端接收GPS L1/北斗B1双频右旋圆极化天线和GPS L1/北斗B1双频左旋圆极化天线输入的射频信号，输出四路数字中频信号给中频信号处理模块完成信号处理和参数提取；中频信号处理模块与高度反演模块相互连接，中频信号处理模块经过信号处理和参数提取，将各信号处理通道的反射信号相对于直射信号的时延输出给高度反演模块；高度反演模块完成海面高度反演，最终输出海面高度；GPS L1/北斗B1双模导航接收机输入端与GPS L1/北斗B1双频右旋圆极化天线连接，接收其输出的GPS/北斗卫星导航系统直射信号完成导航定位，输出端分别与中频信号处理模块和高度反演模块相互连接，将位置信息输出给中频信号处理模块，卫星高度角和接收平台高程信息输出给高度反演模块；所述的GPS L1/北斗B1双频右旋圆极化天线接收GPS卫星导航系统L1和北斗卫星导航系统B1直射信号，并将该电磁信号转换为电压信号；所述的GPS L1/北斗B1双频左旋圆极化天线接收经海面反射的GPS卫星导航系统L1和北斗卫星导航系统B1信号，并将该电磁信号转换为电压信号；所述的四通道射频前端对右旋和左旋圆极化天线传输的GPS直射、反射以及北斗直射、反射的射频信号进行下变频、滤波、增益控制以及采样量化变为数字中频信号；所述的GPS L1/北斗B1双模导航接收机接收GPS L1/北斗B1双频右旋圆极化天线输出的信号进行导航定位，输出定位信息给中频信号处理模块进行可见星预判以便缩小卫星搜索范围，输出高度角θ1,…,θn,θn+1,…,θn+m和接收平台高度hr1,…,hrs给高度反演模块进行海面高度计算；所述的中频信号处理模块由GPS L1中频信号处理模块和北斗B1中频信号处理模块组成，两子模块结构和功能一致，分12个信号处理通道，每个处理通道由直射信号处理通道和反射信号处理通道组成，直射信号处理通道完成直射信号的捕获和跟踪，并将跟踪结果(τdi,fdi)输出给反射通道作为参考信息；反射信号处理通道首先对反射信号进行载波剥离，并与本地复制信号进行相关运算得到一维时延相关功率DM(τ)，然后对DM(τ)进行微分拟合得到DM'(τ)，通过峰值定标得到反射信号码相位τri；最后输出结果为反射信号相对于直射信号的码时延τr_di，即反射信号码相位τri减去直射信号码相位τdi；fdi为第i通道跟踪得到的GPS或北斗直射信号的多普勒频率；所述的高度反演模块由统计模块、权重计算模块以及高度计算模块组成，统计模块对Tms内的n+m信号处理通道输出的时延{τr_d1(0),…,τr_d1(T)},…,{τr_dn(0),…,τr_dn(T)},{τr_d(n+1)(0),…,τr_d(n+1)(T)},…,{τr_d(n+m)(0),…,τr_d(n+m)(T)}分别进行统计，得到对应均值和方差权重计算模块用于计算加权平均的权重α1,…,αn,αn+1,…αn+m；高度计算模块利用加权平均的方法进行接收平台海拔高度h的计算，并与接收平台高度hr相减得到海面高度hsea。