专利名称：自适应多级计算的精确反演海面高程遥测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种精确反演海面高程的装置，具体地说，是指利用反射信号相关功率曲线的微分曲线确定镜面反射点的粗略位置，然后再利用曲线拟合的方法确定镜面反射点的精确位置，从而能够精确反演海面高程。
背景技术：
利用GNSS反射信号的海面测高技术是卫星遥感技术的一个分支，通过采用岸载、机载、星载或其它GNSS反射信号遥感平台上的接收机装置，连续采集GNSS卫星直射信号及经海面散射的回波信号，通过相关处理得到直射和反射信号之间的相对路径延时，并利用GNSS卫星、GNSS反射信号测高平台和反射点(面)之间的几何关系，实现GNSS-R测高平台至反射面垂直高度计算，并反演计算出海面高度。 在反演计算海面高度时，得到镜面反射点的位置是必要的步骤。根据海面反射信号的特点，可知海面反射信号时延相关功率峰值点不对应镜面反射点的时延，由于海面粗糙度的影响，镜面反射周围漫反射点的存在，其他时延信号的功率逐渐变大，因此反射信号时延相关功率的峰值点位置向后偏移，若使用的传统的跟踪峰值点或波形的半功率点测量信号时延，会带来较大偏差，其将随着风速的增大而增大。另外，由于时延相关功率随风速扩散特性，使得相关函数不再是很尖的三角函数，而峰值的平滑特性使得峰值时刻测量本身也会带来一定误差。本专利中首先利用反射信号相关功率波形峰值前沿的梯度突变点得到镜面反射点的粗略位置，然后利用曲线拟合方法得到镜面反射点的精确位置。该方法可有效降低散射误差，提闻反射"[目号路径延迟的估计精度，进而提闻反演海面闻度的精度。
发明内容
本发明提出一种利用反射信号相关功率波形微分曲线粗略确定镜面反射点并利用海面散射信号相关功率的理论曲线拟合实测曲线得到精确镜面反射点位置的方法进行海面测高的装置，该装置可精确反演海面高程，实现对海洋洋面高度的实时精确监视，能够对海嘯、台风等自然灾害的进行有效地监测和预警。本发明中的海面高程获取装置包括一个右旋天线，一个左旋天线，一个射频前端处理器，一个中频信号处理�？�。中频信号处理�？榘ㄖ鄙溆敕瓷湫藕糯砟？�、海面高程测量�？椤Ｔ诒痉⒚髦校爸猛ü倚煜呓邮盏己轿佬侵鄙湫藕牛ü笮煜呓邮盏己轿佬欠瓷湫藕牛煜呓邮盏降闹鄙浞瓷湫藕糯涓淦登岸舜砥鳎缮淦登岸舜砥鹘淦敌藕沤邢卤淦挡⑼üＤ馐肿黄髯晃衅凳中藕抛魑笮衅敌藕糯砟？榈氖淙�。中频信号处理模块中的直射信号处理�？槎灾鄙涫中藕沤衅涤蛳喙卮恚己蕉ㄎ荒？槔闷涤蛳喙卮淼慕峁械己蕉ㄎ辉怂愕玫蕉ㄎ唤峁�。中频信号处理模块中的反射信号处理�？槎苑瓷涫中藕沤卸喙卦怂愕玫椒瓷湫藕诺亩喙毓β手怠：Ｃ娓叱滩饬磕？槔弥鄙湫藕糯砟？楹头瓷湫藕糯砟？榈拇斫峁泻Ｃ娓叱谭囱菁扑�。本发明的一种精确反演海面高程的装置的优点在于一.该装置只需接收装置，降低了装置的复杂性和成本。二 .采用反射波形微分曲线粗略估计镜面反射点码延迟以及利用曲线拟合精确计算镜面反射点码延迟，提高了估计散射延迟的精度，进而提高了测量海面高程的精度。三.由于GNSS信号的全天时，全天候，全球性，该装置可广泛使用，对海洋进行大尺度的空间和时间范围内的监测。四.可在本装置的基础上添加海浪，海风反演装置，加强对海洋的全面监测。 随着导航系统卫星的增多，GNSS信号将日益丰富，该装置的应用范围将会日益扩大。
图I是本发明测量装置的总体框架图。图2是本发明测量装置的直射与反射信号处理�？�。图3是本发明测量装置的海面高程测量�？�。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。如图I为本装置的总体结构图，本发明中的海面高程获取装置包括一个右旋天线，一个左旋天线，一个射频前端处理器，一个中频信号处理�？�。右旋天线用于接收导航卫星直射信号DS，该信号经右旋天线增益放大后作为射频前端处理器的输入。左旋天线用于接收经海面反射后的导航卫星反射信号RS，该信号经左旋天线增益放大后作为射频前端处理器的输入。射频前端处理器将接收到的射频信号下变频为中频信号，然后利用A/D转换器将中频信号转化为数字中频信号DDIF/RDIF作为计算机的输入，供中频信号处理�？榇�。中频信号处理�？榘ㄖ鄙湫藕糯砟？�、反射信号处理�？�、海面高程测量�？�。图2为直射与反射信号处理�？椴糠帜？槎寥ms的直射数字中频信号DDIF ；载波发生�？椴郊佣嗥绽掌狄频脑夭ㄐ藕庞胫鄙渲衅敌藕沤谢炱担夭ǚ⑸？槭芏嗥绽掌狄撇问目刂疲种衅敌藕臘DI F分别经过与载波发生�？椴恼襰in信号与余弦cos信号的乘法运算和低通滤波后得到去除了载波的直射基带信号的同相分量DIC与正交分量DQC ；FFT�？榻鄙浠藕诺耐喾至坑胝环至空衔词问胶蟊浠皇涑鑫鄙湫藕诺钠涤蛐藕臚DS ；本地伪码产生�？椴镜匚甭胄藕臠PN，长度为Ims ;该信号经FFT模块变换输出为本地伪码信号的频域信号FLPN ；
直射信号的频域信号与本地伪码信号的频域信号进行乘法运算，得到直射频域相关信号FDCo ；直射频域相关信号经IFFT (逆FFT变换)�？槟姹浠缓蟮玫街鄙湫藕诺氖庇蛳喙匦藕臘Co ；截取直射信号时域信号的前指定位数的长度作为最终直射信号的时域相关信号DCo ； 导航定位�？槔弥鄙湫藕诺氖庇蛳喙匦藕臘Co解算出卫星的高度角SEA。反射信号开环跟踪�？楦萁邮栈胶Ｃ娴拇致韵喽愿叱逃敕瓷�/直射信号路径延时的几何关系RPD = 2hsin e +DPD来粗略估算反射信号相对于直射信号路径延时，其中h为接收平台的粗略高度信息，e为导航定位模块得到的卫星高度角信息，RH)为反射信号的路径延迟，DPD为直射信号的路径延迟；�？槎寥ms的反射数字中频信号RDIF ；载波发生模块产生附加多普勒频移的载波信号与反射中频信号进行混频，载波发生�？槭芏嗥绽掌狄撇问目刂疲种衅敌藕欧直鹁朐夭ǚ⑸？椴脑夭ㄐ藕诺某朔ㄔ怂愫偷屯瞬ê蟮玫饺コ嗽夭ǖ姆瓷浠藕臨B ；本地伪码产生�？椴镜匚甭胄藕臠PN，长度为Ims ；将本地伪码信号移位到粗估得到的反射信号伪码相位附近(前数3个码片到后数5个码片的范围)进行相关计算，得到反射信号在粗估计码相位周围的反射相关功率信号RCo。图3为海面高程测量部分海面高程测量�？榘üβ什ㄐ巫允视ψ畲笾邓阉髂？椋喙毓β什ㄐ挝⒎帜？椋吣夂夏？椋Ｃ娓叱谭囱菽？椋蛔允视ψ畲笾邓阉髂？槟茏远厮阉鞑煌穹ㄐ蔚淖畲笾担渚咛宓乃阉鞴莆绞紫人阉髦付úㄐ蔚淖畲笾担甓ㄗ畲笾刀杂Φ牟ㄐ挝恢茫蝗缓蠼ㄐ巫畲笾邓杂Φ奈恢酶浇囊桓鲋付ㄇ蜃魑诙嗡阉鞯慕骨颍蛔詈笤诓ㄐ蔚姆墙骨蛏现葱械诙巫畲笾邓阉鳎玫降淖畲笾底魑霾ㄐ蔚拇未笾�。如果波形的次大值小于波形最大值的一半时，则认为该波形有最大值。至此该�？榫屯瓿闪瞬ㄐ巫畲笾档乃阉鞴獭Ｗ允视ψ畲笾邓阉髂？槎允淙氲胶Ｃ娓叱滩飧吣？橹械闹鄙涠喙毓β市藕臘Co进行功率最大值搜索，确定直射二维相关功率信号DCo峰值点的多普勒频移与码相位延迟DPD，并将该码相位延迟作为海面高度反演�？榈氖淙耄蛔允视ψ畲笾邓阉髂？槎允淙氲胶Ｃ娌飧吣？橹械姆瓷涠喙毓β市藕臨Co进行功率最大值搜索，确定反射二维相关功率信号RCo峰值点的多普勒频移与码相位延迟RPD ；取反射二维相关信号RCo在功率峰值确定的多普勒频率处fd关于码相位延迟的一维曲线作为反射一维相关功率信号RCo-Id= Iv1, V2,…，vk,…vn},其中k为码相位值,相邻两个码相位值之间的间隔为反射信号一维相关功率信号的码延迟最小分别率，Vk为第k个码延迟对应的相关功率值。在相关功率波形微分�？橹校苑瓷湎喙毓β室晃ㄐ蜶Co-Id进行差分，得到反射信号相关功率维波形的微分形式RCo-Id-Cl=Iv' !, v' 2,, v' k, v' n_J,其中V' k =vk+1-vk,寻找反射信号相关功率一维波形的微分波形RC0-ld-d的峰值，记录该峰值确定的码相位延迟DRPD_1，将这一步得到的粗略镜面反射点码延迟作为下一步精确计算的迭代初值；确定粗略的镜面反射点码延迟后，利用海面反射信号相关功率计算公式
权利要求
1.一种利用导航卫星海面反射信号进行自适应多级计算的精确反演海面高程遥测装置，本装置包括一个右旋天线，一个左旋天线，一个射频前端处理器，一个中频信号处理模块。其中中频信号处理模块包括直射和反射信号处理�？�、海面高程测量模块。
2.根据权利要求I所述的自适应最大值搜索算法，其特征在于在不同的反射信号相关曲线幅度下，可以自适应地搜索到峰值，不需要设定特定的门限值。
3.根据权利要求I所述的镜面反射点码延迟粗略估计的方法，其特征利用反射信号相关功率曲线的微分波形的最大值点确定镜面反射点的粗略位置。
4.根据权利要求I所述的镜面反射点码延迟精确计算的方法，其特征在于利用前一步得到的粗略镜面反射点粗略值作为进一步曲线拟合的迭代初值，加快了镜面反射点码延迟的计算过程。
全文摘要
本发明公开一种利用导航卫星海面反射信号进行自适应多级计算的精确反演海面高程遥测装置，本装置包括一个右旋天线，一个左旋天线，一个射频前端处理器，一个中频信号处理�？�。中频信号处理�？榘ㄖ鄙浜头瓷湫藕糯砟？椤⒑Ｃ娓叱滩饬磕？�。在本发明中，装置通过天线接收导航卫星直射与反射信号，将经射频前端、直射与反射信号处理�？榇聿南喙毓β手涤肫渌己蕉ㄎ恍畔⑹涑龈飧吣？椋飧吣？椴捎米允视Φ姆椒ㄋ阉鞑ㄐ巫畲笾担缓笸ü⒎植ㄐ未致怨兰朴肭吣夂暇芳扑懔郊都扑愎倘范ň返木得娣瓷涞懵胙映伲扑愠鼍返暮Ｃ娓叱�。该发明可用于实时精确监视洋面高度，对海洋气象探测研究与海洋灾害监测预防有积极意义。
文档编号G01S13/06GK102749067SQ201210211280
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者张波, 李伟强, 李潇, 杨东凯, 秦柳 申请人:北京航空航天大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
