[发明专利]一种基于多星GNSS‑R海面目标定位模糊消除方法

摘要

一种基于多星GNSS‑R海面目标定位模糊消除方法，它有四大步骤一、接收机通过右旋极化天线接收直射信号、通过左旋极化天线接收反射信号；二、目标探测模块通过获取探测区域的相关功率的最大值来探测目标的存在，将相关功率峰值的时延多普勒坐标确定为目标所在位置的时延多普勒坐标(τ,fd)；三、将得到的目标时延多普勒域坐标(τ,fd)转换为大地坐标(lon,lat,h)即能对海上目标进行定位；四、通过将多星探测结果进行联合处理，从多个目标定位结果中剔除虚点的影响，从而确定目标的真实物理坐标。本发明在海洋遥感及无源雷达目标探测技术领域里有实用价值。

主权项

一种基于多星GNSS‑R海面目标定位模糊消除方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：接收机通过右旋极化天线接收直射信号、通过左旋极化天线接收反射信号；由于海面GNSS散射信号微弱，在不同平台高度需采用不同增益的天线，在400km至3800km低轨卫星平台，需要大于20dB高增益阵列天线，经海面反射的GNSS信号通过多普勒延迟映射接收机即DDMR相关处理后以获得较高的增益进行分析；反射信号的时延‑多普勒二维相关函数为：YR-Delay(t0,τ,f)=∫0TiuR(t0+t′+τ)a(t0+t′)exp[2πi(fc+f^d+f)(t0+t′)]dt′]]>其中Ti为积分时间，fc为接收信号的中心频率，为本地多普勒估计值，DDMR输出不同时延多普勒的相关功率值；步骤二：当目标出现在探测区域海面时，由于目标的雷达散射截面积RCS与同面积的海面RCS差异很大，改变了该区域的散射系数分布，从而使探测区域的相关功率发生相应变化；目标探测模块通过获取探测区域的相关功率的最大值来探测目标的存在，将相关功率峰值的时延多普勒坐标确定为目标所在位置的时延多普勒坐标(τ,fd)；步骤三：将得到的目标时延多普勒域坐标(τ,fd)转换为大地坐标(lon,lat,h)即能对海上目标进行定位；计算方法如下：(1)首先计算镜点在本地坐标系下的位置，采取两步法计算；首先假定参考面为椭球面，按照迭代方法先计算后校正，由式：M＝R+HR/(HR+HT)(T‑R)计算出向量R的位置以及γt、γr；根据三角关系计算得到αt和αr，αt和αr经上述计算是不相等的，按照如下公式进行加权重新估计αt和αr：α′r＝α′t＝(HTαt+HRαr)/(HT+HR)式中符号说明如下：HT和HR为T、R相对于椭球的高度，αt与αr分别为镜点的入射角和反射角；根据三角形关系分别重新计算γt、γr，为γ't、γ'r，γt的平均值按照式(γt+γr+γt'‑γr')/2进行计算，从而根据新的γt值重新计算M、R，然后计算αt和αr，并进行迭代运算，直到αt＝αr；(2)由步骤二得到的相关功率最大值点的时延和多普勒值(τ,fd)，根据最大值点与镜点值之间对应的时延值和多普勒值插值，估算得出其距离，分别记为d1和d2，继而计算得到海面目标的物理坐标(x,y,z)；由于空间区域具有相同时延和多普勒的点不唯一，此处将会得到两个结果，分别表示为(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)，此时出现在GNSS‑R目标探测中的定位模糊问题，无法确定得到的两个结果中哪个是海面目标的真实坐标位置；利用坐标转换方法分别将(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)转换为大地坐标(lon1,lat1,h1)、(lon2,lat2,h2)，从地心地固直角坐标(x,y,z)到大地坐标(φ,λ,h)的变换公式如下：其中φ、λ、h分别表示大地的纬度、经度、高度，a、b分别为基准椭球体的长半径和短半径，e为椭球偏心率，经过3～4次循环迭代后就能结束计算；步骤四：利用多星接收‑单星发射模型或单星接收‑多星发射模型分别构成多个相对独立的探测系统，并且确保这几个相对独立的并行探测系统具有共同的探测区域；当目标出现在共同的探测区域时，经过步骤一、二、三会得到多组不同的目标真实点物理坐标和虚点物理坐标；由于目标的真实位置只有一个，多组探测结果得到的真实目标点的经纬度坐标会发生重叠，这样就能通过将多星探测结果进行联合处理，从多个目标定位结果中剔除虚点的影响，从而确定目标的真实物理坐标。