一種機載gnss海洋反射信號的生成方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種機載GNSS海洋反射信號的生成方法，屬于GNSS-R技術領域。
【背景技術】
[000引GNSS-R技術是一種新興的遙感技術，它是在GNSS系統得到廣泛應用的基礎上發 展起來，主要利用GNSS系統提供的信號源，通過其反射信號來探測海面風場、海面高度、有 效波高、海水鹽度、±壤濕度等地球物理參數，并進行相應的反演。與其他海洋遙感技術相 比，GNSS-R具有高時間和空間分辨率、低成本、信號源豐富、高機動性等優點，與其他探測 手段優勢互補，可W增加海洋探測手段的多樣性，彌補局部探測手段不足的狀況。因此， GNSS-R技術在海洋環境監測中具有重要的應用前景。
[0003] 目前，國內外在反射信號建模和應用及專用接收機研制方面取得了大量的成果， 并開展了大量的試驗，包括機載、氣球、星載試驗W及岸基試驗，其中W機載試驗居多。由于 GNSS-R的試驗通常需要對測試場景有苛刻的要求，需要耗費大量的人力物力才能進行。而 且，由于受到氣候的影響，海情海面的不同，使得試驗可重復性非常差。因此，需研制一套可 用于實驗室測試的GNSS-R海洋反射信號模擬系統。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是為了解決上述問題，提出了一種機載GNSS海洋反射信號的生成 方法，為GNSS反射信號模擬器的研制提供保障。
[0005] 本發明的一種機載GNSS海洋反射信號的生成方法，包括W下幾個步驟：
[0006] (1)通過ZV模型得到GNSS海洋反射信號的相關功率曲線，W直射信號作歸一化處 理，再開方得到歸一化的反射信號相關曲線。
[0007] (2)對歸一化的反射信號相關曲線進行近似計算，得到n個等間隔時延的反射信 號幅值的數學解。
[0008] (3)對n個反射信號幅值的數學解進行擬合，求得雙指數函數的待定系數。
[0009] (4)根據擬合函數和直射信號的功率，就可求得n條不同時延反射信號的功率。
[0010] (5)計算鏡點反射信號相對于直射信號的時延，則可知道n條反射信號相對于直 射信號的時延。忽略反射信號多普勒頻率的影響，則可設n條反射信號的多普勒頻率與直 射信號的多普勒頻率相同。運樣，就得到了生成n條反射信號所需的時延、多普勒頻率、功 率3個參數。
[0011] 本發明的優點在于：
[0012] 采用近似擬合的方法對GNSS信號經過海面反射的復雜現象進行了簡化，模擬適 當數量的反射信號，既能反映出海洋風場的特性，又易于工程實現。
【附圖說明】
[0013] 圖1是GNSS海洋反射信號模擬的流程圖。
[0014] 圖2是歸一化的反射信號相關曲線圖。
[0015] 圖3是等時延反射信號自相關曲線組成的示意圖。
[0016] 圖4是GNSS-R的幾何關系圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[001引本發明是一種機載GNSS海洋反射信號的生成方法，流程如圖1所示，包括W下幾 個步驟：
[0019] 步驟一、通過ZV模型狂avorotny和Voronovich建立的海面風場模型）得到GNSS 海洋反射信號的相關功率曲線，W直射信號作歸一化處理，再開方得到歸一化的反射信號 相關曲線；
[0020] 具體為：
[0021] (1)設置接收機和衛星的基本參數。
[0022] 在設置參數前，選擇本地散射坐標系，即設鏡面反射點為坐標系的原點，導航衛 星、接收機和鏡面反射點在一個平面內。關于接收機的參數是：接收機高度、接收機速度矢 量，關于導航衛星的參數是：衛星高度、衛星速度矢量、衛星高度角、衛星信號功率。
[0023] 似設置海洋相關參數。
[0024] GNSS導航信號經過海面反射后，反射信號承載了海面特性的特性信息，而海面特 性與海洋參數是相關聯的。關于海洋的主要參數有：海面風速、風向、海溫、鹽度、介電常數。 (3)計算ZV模型時延一維相關功率曲線。
[00巧]海面反射信號的時延一多普勒二維相關功率形式如下：
[0026]
(1)
[0027] 其中，Ti是相干積分時間；D為接收機天線的增益；A是GI^S偽隨機碼的自相關函 數；S為多普勒濾波函數；0。為粗糖海面的標準化散射截面；P為鏡像反射點到平均海面上 某一點的向量；R。，R分別為GI^S衛星和接收機到肯端點的距離。I為時延，f。為鏡點處的 多普勒頻率，為不同反射點處的多普勒頻率。
[0028] 海面反射信號相關功率模型為時間延遲I和多普勒頻率兩變量的函數，當fD 固定時，為時延一維相關功率曲線。
[0029] (4)對時延相關功率曲線歸一化。
[0030] 為了表達結果的相對值，相關功率可W相對于直射信號進行歸一化，可表示為
[0031]
鎖
[003引其中：Rd為GPS衛星到接收機的距離，T1為是相干積分時間。P。。。歷反射信號的 相關功率，為直射信號的相關功率。
[0033] 對歸一化的時延相關功率曲線開方，得到反射信號相關曲線，如圖2所示。
[0034] 步驟二、對反射信號相關曲線進行幅值近似計算。
[0035] 接收機接收到的反射信號是多條具有不同時延反射信號的疊加。忽略多普勒頻率 的影響，那么反射信號相關曲線就是本地偽碼與不同時延信號的相關值。假設接收到的反 射信號由時延間隔1/4碼片的16條反射信號疊加而成。假設每個碼片被采樣成16個點， 兩條反射信號之間的時延差4個采樣點。
[0036] 對歸一化的時延相關功率曲線開方，得到反射信號相關曲線。眾所周知，CA碼自 相關曲線是個=角形。那么，16個自相關曲線乘W其相對應的幅值疊加后就是反射信號的 相關曲線。圖3是反射信號自相關曲線組成的示意圖。
[0037] 圖3中線條a被假設為鏡面反射點的信號，在第3個采樣點處可假設只有鏡點信 號，通過反射信號相關曲線第3個采樣點的相關值與CA碼自相關值的比可得到鏡點信號的 幅值。反射信號相關曲線第7個采樣點的值由兩條信號的相關值疊加，則第7個采樣點的相 關值減去第1路信號在該采樣點時的相關值，再除WCA碼自相關