一種gnss-r地表探測裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及遙感技術領域，具體涉及一種GNSS-R地表探測裝置和方法。
【背景技術】
[0002] 全球導航衛星系統（GNSS)星座（美國GPS;俄羅斯的GLONASS;中國北斗）的發展 為我們提供了一個可連續、豐富、覆蓋掃描全球的L波段信號源。在地球表面的任一地方， 如今均可同時收到10-20顆GNSS衛星信號。GNSS-R(GNSS反射）的概念最初由法國科學 家M.Martin-Neira在1993提出，它利用全球GNSS信號作為遙感發射信號源，地面裝置一 方面收集導航廣播信號，同時對GNSS在地球表面反射的GNSS同源信號同步，進行類似多波 段雷達干涉的被動方式觀測。其基本原理是通過將GNSS右旋圓極化的直射信號與左旋圓 極化的反射信號進行正相交后形成的數據進行多種比較相位分析，利用L波段1575MHz對 液態水與其它物質（包括冰）分界線敏感的特點，實時捕捉、采集、分析、處理形成的面狀干 涉數據。
[0003] 現有的GNSS-R地表探測裝置多采用全向天線進行信號采集，同時通常需要對 GNSS信號進行基帶解碼，基于反射信號C/A碼或者P(Y)碼進行遙感探測的GNSS-R的技術 則需要對信號進行解碼，這使得現有的技術通常僅能基于GPS系統的信號進行地表探測。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，本發明提供一種GNSS-R地表探測裝置和方法，以同時兼容多種不同的 GNSS系統信號進行地表探測。
[0005] 第一方面，本發明提供一種GNSS-R地表探測裝置，包括：
[0006] 第一接收天線，用于在至少兩種不同GNSS系統的對應頻率接收GNSS直射信號；
[0007] 第二接收天線，用于在至少兩種不同GNSS系統的對應頻率接收GNSS反射信號；
[0008]中頻信號采集裝置，用于分別采集所述GNSS直射信號和所述GNSS反射信號的數 字中頻信號；其中，中頻信號采集裝置分別通過獨立的通道采集不同GNSS系統的頻率下接 收的GNSS直射信號的數字中頻信號，并分別通過獨立的通道采集不同GNSS系統的頻率下 接收的GNSS反射信號的數字中頻信號；
[0009] 數據處理裝置，用于根據檢測到不同GNSS系統頻率下的中頻信號的強度或預定 設置選擇對應頻率的所述GNSS直射信號和所述GNSS反射信號，并根據選定的所述GNSS直 射信號的數字中頻信號和所述GNSS反射信號的數字中頻信號獲取所述GNSS反射信號相對 于GNSS直射信號的多路多普勒頻移和多路時延，并進而反演獲取地表參數。
[0010] 優選地，所述第一接收天線為定向右旋天線，所述第二接收天線為定向右旋天線。
[0011] 優選地，所述第一接收天線和所述第二接收天線為相控陣天線，其通過掃描獲取 接收信號強度最強的波束方向進行GNSS信號的接收。
[0012] 優選地，所述第一接收天線和所述第二接收天線包括：
[0013]多個陣列方式排布的天線單元，其中，所述天線單元包括：基板；輻射圖案，形成 在所述基板的第一面，包括圍成矩形形狀的四個子圖案；以及，饋線圖案，形成在所述基板 的第二面；
[0014] 低噪聲放大器，與所述天線單元的饋線圖案連接；
[0015] 其中，每個所述子圖案包括相互連通的第一部分、第二部分和第三部分；所述第一 部分與所述第二部分連通，第二部分相對于第三部分連通，所述第一部分和第三部分為相 對于第二部分對稱設置且形狀相同的矩形；每個子圖案的第三部分的端部與相鄰的下一個 子圖案的第一部分的側部相對設置以使得所述四個子圖案圍成矩形形狀，且四個子圖像之 間相互不連通。
[0016] 優選地，所述不同GNSS系統包括全球衛星定位系統、北斗系統、伽利略系統和 Glonass系統中的至少兩種。
[0017] 優選地，所述數據處理裝置用于根據所述GNSS直射信號的數字中頻信號獲取所 述GNSS直射信號的多普勒頻移和時延，并將所述GNSS直射信號的多普勒頻移和時延作為 GNSS反射信號的本機碼，根據所述GNSS反射信號的數字中頻信號獲取所述GNSS反射信號 相對于GNSS直射信號的多路多普勒頻移和多路時延。
[0018] 第二方面，本發明提供一種GNSS-R地表探測方法，包括：
[0019] 在至少兩種不同GNSS系統的對應頻率接收GNSS直射信號和反射信號；
[0020] 分別采集GNSS直射信號和GNSS反射信號的數字中頻信號，其中，不同GNSS系統 的頻率下接收的GNSS直射信號的數字中頻信號通過獨立的通道獲取，不同GNSS系統的頻 率下接收的GNSS反射信號的數字中頻信號通過獨立的通道獲取；
[0021] 根據檢測到不同GNSS系統頻率下的中頻信號的強度或預定設置選擇對應頻率的 所述GNSS直射信號和所述GNSS反射信號的數字中頻信號；
[0022] 根據選定的所述GNSS直射信號的數字中頻信號和所述GNSS反射信號的數字中頻 信號獲取所述GNSS反射信號相對于GNSS直射信號的多路多普勒頻移和多路時延；
[0023] 根據所述GNSS反射信號相對于GNSS直射信號的多路多普勒頻移和多路時延反演 獲取地表參數。
[0024] 優選地，所述GNSS直射信號通過左旋定向天線接收，所述GNSS反射信號通過右旋 定向天線接收。
[0025] 優選地，在至少兩種不同GNSS系統的對應頻率接收GNSS直射信號和反射信號包 括：
[0026] 通過相控陣天線通過獲取接收信號強度最強的波束方向進行GNSS直射信號和 GNSS反射信號的接收。
[0027] 優選地，根據選定的所述GNSS直射信號的數字中頻信號和所述GNSS反射信號的 數字中頻信號獲取所述GNSS反射信號相對于GNSS直射信號的多路多普勒頻移和多路時延 包括：
[0028] 根據所述GNSS直射信號的數字中頻信號獲取所述GNSS直射信號的多普勒頻移和 時延；
[0029] 將所述GNSS直射信號的多普勒頻移和時延作為GNSS反射信號的本機碼，根據所 述GNSS反射信號的數字中頻信號獲取所述GNSS反射信號相對于GNSS直射信號的多路多 普勒頻移和多路時延。
[0030] 通過設置可以在不同GNSS系統的對應頻率進行信號接收的GNSS信號接收天線， 同時在中頻提取階段通過獨立通道對每個不同頻率的直射和反射信號進行采集以獲取數 字中頻信號，基于用戶設定或信號強度選定用于進行數據處理的GNSS系統，通過對數字中 頻信號的多普勒頻移和時延進行分析以獲得GNSS反射信號相對于GNSS直射信號的區別， 從而基于此反演獲取地表數據。由此，可以同時兼容多種不同的GNSS系統信號進行地表探 測。
【附圖說明】
[0031] 通過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其它目的、特征和 優點將更為清楚，在附圖中：
[0032] 圖1是本發明實施例進彳丁GNSS-R地表探測的原理不意圖；
[0033] 圖2是本發明實施例的GNSS-R地表探測裝置的示意圖；
[0034] 圖3是本發明實施例的一個優選的接收天線的示意圖；
[0035] 圖4是圖3所示天線的天線單元的示意圖；
[0036] 圖5是本發明實施例的數據處理裝置人機交互界面的示意圖；
[0037] 圖6是本發明實施例的GNSS-R地表探測裝置獲取的多普勒頻移-時延圖；
[0038] 圖7是本發明實施例的GNSS-R地表探測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0039] 以下基于實施例對本發明進行描述，但是本發明并不僅僅限于這些實施例。在下 文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有 這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。為了避免混淆本發明的實質，公知的方法、過 程、流程、元件和