一种适用于星载GNSS-R接收机的具有可抑制镜点高动态的相关器制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于星载GNSS-R接收机的具有可抑制镜点高动态的相关器，该相关器包括有直射信号跟踪模块(1)、时延模块(2)、抑制镜点高动态控制模块(3)、抑制镜点高动态处理模块(4)、抑制镜点高动态融合模块(5)、载波补偿模块(6)和干涉处理模块(7)；首先对载波跟踪后的直射信号进行一定的时延处理，然后再进行镜面反射点高动态抑制处理，最后和载波补偿后的反射信号进行干涉处理，得到二维时延多普勒相关功率。本发明专利技术设计的相关器第一方面用于产生本地复制载波；第二方面不需要产生本地复制码；第三方面是将经过时延多普勒补偿处理后直射信号和反射信号进行干涉处理，从而获得一个镜面反射点在不同采样时间下的多普勒频移，从而抑制了镜面反射区域内的斑点噪声，提高了信号的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于星载GNSS-R接收机的具有可抑制镜点高动态的相关器
本专利技术涉及一种GNSS-R接收机，更特别地说，是指一种适用于星载GNSS-R接收机的具有可抑制镜点高动态的相关器。通过对高速移动的镜面反射点进行处理，使得星载GNSS-R接收机在进行海面反演中提高海面测高精度。
技术介绍
全球卫星导航系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)就是以人造地球卫星作为导航台的星基无线电导航系统，为全球陆、海、空、天的各类军民载体提供全天侯、高精度的位置、速度和时间信息，因而它又称为天基定位、导航和授时(PNT)系统。全球卫星导航系统(GNSS)是对全球定位系统(GPS)、格洛纳斯系统(GLONASS)和伽利略(Galileo)系统等这些单个卫星导航定位系统的统一称谓。参考2013年9月第1次印刷，作者谢钢，《全球导航卫星系统原理——GPS、格洛纳斯和伽利略系统》第一章绪论篇，第1页。尽管GPS、GLONASS和Galileo三大系统对其系统构成可能有着各自略微不同的定义，但是基本上可以一个GNSS由三部分组成，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。参考2013年9月第1次印刷，作者谢钢，《全球导航卫星系统原理——GPS、格洛纳斯和伽利略系统》第一章绪论篇，第4页。在本文中记为图1，图中空间星座部分的主体是分布在空间轨道中运行的一定数量的卫星，它们通常呈地球中轨道(MEO)、静止地球(GEO)或者倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的形式出现。作为导航定位卫星。为了区分不同卫星(或者同一卫星)所发射的不同信号，GNSS需要采用一种多址技术机制。多址技术一般分为码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)三种，其中，CDMA是将可播发在同一载波频率上的不同信号经不同的伪随机噪声(PPN)码扩频调制，FDMA是将不同信号播发在不同的载波频率上，而TDMA是将可以播发在同一载波频率上的不同信号成分通过分时而共享一个信道。参考2013年9月第1次印刷，作者谢钢，《全球导航卫星系统原理——GPS、格洛纳斯和伽利略系统》第一章绪论篇，第8-12页。在GNSS接收机的设计中，在本文中记为图2。图中相关器是将本地复制伪码与接收信号做相关运算，使卫星信号解扩而随即提升了接收信号的信噪比。在众多GNSS-R接收机的应用领域中，也有的在低轨卫星上安装了GNSS-R接收机。通过机载、陆地实验获得了海面风场、土壤湿度、海冰等大量观测数据，研究了相应的反演模型。GNSS-R即GlobalNavigationSatelliteSystem-Reflection，译文为基于反射信号的全球卫星导航系统。传统的星载GNSS-R接收机在接收、处理海洋表面反射信号进行测高时，相比于海洋表面的3dB覆盖区(低于天线视轴方向的最大增益值3dB的固定增益等值线定义的区域称为3dB覆盖区)、以及海洋表面反射信号r海洋并没有被充分利用，尤其在星载情况下的镜面反射点的高动态移动。镜面反射点所属的闪耀区内存在的斑点噪声对传统星载GNSS-R接收机处理信号将产生影响，这会产生较大的时延误差，而斑点噪声减弱了信号的信噪比，从而降低了海洋测高精度。
技术实现思路
为了使星载GNSS-R接收机在进行海面反演过程中对海面测高精度的提高，本专利技术设计了一种适用于星载GNSS-R接收机的具有可抑制镜点高动态的相关器。该相关器一方面充分利用天线3dB覆盖区域内的海洋表面反射信号r海洋，另一方面利用镜面反射点多普勒频率(fa,fb)对直射信号d进行频率补偿，第三方面将经过时延多普勒补偿后的直射信号和噪声Zd(t)与载波补偿后的反射信号和斑点信号Zr(t)进行干涉处理，从而有利于提高测高精度。本专利技术设计的一种适用于星载GNSS-R接收机的具有可抑制镜点高动态的相关器，其特征在于：该相关器包括有直射信号跟踪模块(1)、时延模块(2)、抑制镜点高动态控制模块(3)、抑制镜点高动态处理模块(4)、抑制镜点高动态融合模块(5)、载波补偿模块(6)和干涉处理模块(7)；直射信号跟踪模块(1)用于对数字直射中频信号进行跟踪；时延模块(2)依据时延量τ对数字直射中频信号进行时延，得到时延后直射信号抑制镜点高动态处理模块(3)首先接收时延后直射信号散射点-多普勒频率差和反射点-多普勒频率差然后，应用散射点-多普勒频率差和反射点-多普勒频率差来补偿时延后直射信号得补偿后直射信号抑制镜点高动态控制模块(4)第一方面接收导航数据Na(t)；第二方面，依据导航数据Na(t)获得散射区域内的散射点sa的个数和一个镜面反射点sp；第三方面，采用基于线段二分法的镜面反射点估计算法得到镜面反射点sp的位置，镜面反射点sp的位置记为(xsp,ysp)；第四方面，计算散射点-多普勒频率差；第五方面，计算反射点-多普勒频率差；抑制镜点高动态融合模块(5)在一个镜面反射点的N个移动位置，以及天线3dB覆盖区域内的M个散射点进行平均累加，得到输出的直射信号为载波补偿模块(6)对接收到的数字反射中频信号Rr(t)进行载波补偿；干涉处理模块(7)将接收到的和进行干涉处理，得到时延多普勒二维相关功率本专利技术设计的具有可抑制镜点高动态的相关器的优点在于：①本专利技术的相关器通过对镜面反射点位置、速度的计算估计出镜面反射点的多普勒频率nΔfs(一个镜面反射点在N个采样周期内的的N次移动，并得到N次移动后的镜面反射点的多普勒频移nΔfs)，其中将上述频移作为反射信号的多普勒补偿后，对N个不同的镜面反射点反射区域进行平均累加充分利用海面反射信号资源；对于单一反射区域来说，接收装置利用已知导航信息，根据接收机速度、位置以及卫星速度、位置信息，估计出该反射区域中M个相对于镜面反射点的多普勒频率mfs，其中，多普勒频率超前于镜面反射点sp的散射点的个数记为m超前，多普勒频率滞后于镜面反射点sp的散射点的个数记为m滞后，且m超前+m滞后＝M，m表示散射点的求和指标，进行沿轨迹多普勒补偿平均累加后可以降低斑点噪声功率，提高信噪比。②在本专利技术设计的“抑制镜点高动态融合模块”中，在对所得的二维时延多普勒进行积分平均后，能够有效的降低不同反射区域内的斑点噪声。③在传统接收装置的基础上增加了镜面反射点高动态抑制模块，优化了接收装置资源以及提高接收装置的性能，使接收装置可以充分利用天线3dB覆盖区域内的导航卫星反射信号，补偿了由于镜点高动态产生多普勒频移，抑制了镜面反射区域内的斑点噪声，提高了信号的信噪比。附图说明图1是被动式GNSS的三个组成部分的示意图。图2是GNSS接收机的基带数字信号处理框图。图3是本专利技术的具有可抑制镜点高动态的相关器的结构框图。图4是在不同采样点非相关累加点数下的海面测高精度仿真效果图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。星载GNSS-R接收机在高速飞行的低轨卫星上进行工作时，工作的环境、状态以及位置等许多条件都与地面上工作的GNSS接收机完全不同，这些因素决定了对星载GNSS-R接收机的技术要求与常规在地面上使用的GNSS接收机有些不同。参见图3所示，本专利技术设计了一种适用于星载GNSS-R接收机的具有可抑制镜点高动态的相关器，该相关器包括有直射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于星载GNSS‑R接收机的具有可抑制镜点高动态的相关器，其特征在于：该相关器包括有直射信号跟踪模块(1)、时延模块(2)、抑制镜点高动态控制模块(3)、抑制镜点高动态处理模块(4)、抑制镜点高动态融合模块(5)、载波补偿模块(6)和干涉处理模块(7)；直射信号跟踪模块(1)用于对数字直射中频信号Rd(t)=ARFd(t)×Sd(t)×Dd(t)]]>进行跟踪；时延模块(2)依据时延量τ对数字直射中频信号进行时延，得到时延后直射信号抑制镜点高动态处理模块(3)首先接收时延后直射信号散射点‑多普勒频率差和反射点‑多普勒频率差然后，应用散射点‑多普勒频率差和反射点‑多普勒频率差来补偿时延后直射信号得补偿后直射信号抑制镜点高动态控制模块(4)第一方面接收导航数据Na(t)；第二方面，依据导航数据Na(t)获得散射区域内的散射点sa的个数和一个镜面反射点sp；第三方面，采用基于线段二分法的镜面反射点估计算法得到镜面反射点sp的位置，镜面反射点sp的位置记为(xsp,ysp)；第四方面，计算散射点‑多普勒频率差；第五方面，计算反射点‑多普勒频率差；抑制镜点高动态融合模块(5)在一个镜面反射点的N个移动位置，以及天线3dB覆盖区域内的M个散射点进行平均累加，得到输出的直射信号为载波补偿模块(6)对接收到的数字反射中频信号Rr(t)进行载波补偿；干涉处理模块(7)将接收到的和进行干涉处理，得到时延多普勒二维相关功率...

【技术特征摘要】
1.一种适用于星载GNSS-R接收机的具有可抑制镜点高动态的相关器，其特征在于：该相关器包括有直射信号跟踪模块(1)、时延模块(2)、抑制镜点高动态控制模块(4)、抑制镜点高动态处理模块(3)、抑制镜点高动态融合模块(5)、载波补偿模块(6)和干涉处理模块(7)；直射信号跟踪模块(1)用于对数字直射中频信号进行跟踪；表示数字直射中频信号的幅度电平，Sd(t)表示数字直射中频信号的载波，Dd(t)表示数字直射中频信号的测距扩频码；时延模块(2)依据时延量τ对数字直射中频信号进行时延，得到时延后直射信号所述j表示复数的虚部，t表示当前采样时间点，π表示圆周率，取值3.14，fd表示本地产生的直射信号的复制频率，表示本地产生的直射信号的复制初始相位；抑制镜点高动态处理模块(3)首先接收时延后直射信号散射点-多普勒频率差和反射点-多普勒频率差然后，应用散射点-多普勒频率差和反射点-多普勒频率差来补偿时延后直射信号得补偿后直射信号抑制镜点高动态控制模块(4)第一方面接收导航数据Na(t)；第二方面，依据导航数据Na(t)获得散射区域内的散射点sa的个数和一个镜面反射点sp；第三方面，采用基于线段二分法的镜面反射点估计算法得到镜面反射点sp的位置，镜面反射点sp的位置记为(xsp,ysp)；第四方面，计算散射点-多普勒频率差；第五方面，计算反射点-多普勒频率差；抑制镜点高动态融合模块(5)在一个镜面反射点sp的N个移动位置，以及天线3dB覆盖区域内的M个散射点进行平均累加，得到输出的直射信号为多普勒频率超前于镜面反射点sp的散射点的个数记为m超前，多普勒频...

【专利技术属性】
技术研发人员：修春娣，于成辉，李伟强，高洪兴，杨东凯，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11