一种GNSS-R双补时延干涉处理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种GNSS‑R双补时延干涉处理系统及方法，包括时延补偿量计算模块、粗补模块、细补模块、干涉处理模块和反馈控制模块。本发明专利技术通过GNSS‑R反射信号时延的计算方法采用双补电路既能快速计算出未知波形信号时延，又能通过干涉处理获得反射信号时延一维相关功率，从而可以方便的进行高精度的海洋微波遥感应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及时延干涉处理方法领域，具体涉及一种GNSS-R双补时延干涉处理系统及方法。
技术介绍
传统的GNSS-R(GlobalNavigationSatelliteSystem-Reflection)技术采用自相关方式，即通过直射通道捕获跟踪环路，获取卫星号、直射信号时延和多普勒，根据GNSS-R几何关系，反射通道本地复制产生C/A码同反射信号相关处理获取相关功率进行反演应用，这种方法局限于产生方式已知的C/A码或其他Gold码，获得的反演精度也比较低。提高反演精度的方法也比较多，但是从根本上提高反演精度则需要采用当前未公开的扩频码包括但不限于P码和M码或L波段混合的导航扩频码，对于这种未公开的扩频码则不能采用本地复制产生扩频码获取信号时延的方式了，只能采用其他信号处理方法，传统的对未知波形产生方式的信号时延估算采用广义互相关算法、最大似然估计或最小均方自适应算法估计，但这种方式对输入的信号信噪比有很高的要求，同时对动态时延估计的跟踪效果比较差，工程实现也比较复杂。因此有效地获取GNSS-R反射信号时延实现高精度的反演应用技术越来越受到重视。
技术实现思路
为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种GNSS-R双补时延干涉处理系统及方法，针对利用未公开的扩频码，采用粗补和细补的双补时延电路，利用反射信号干涉处理技术，实现反射信号的时延计算，获取一维时延相关功率，从而进行高精度的反演应用。为了达到上述专利技术目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术公开了一种GNSS-R双补时延干涉处理系统，包括时延补偿量计算模块、粗补模块、细补模块、干涉处理模块和反馈控制模块，其中：所述时延补偿量计算模块根据当前的GNSS定位结果，按照当前GNSS-R几何关系，估算出反射信号相对直射信号的时间延迟，并将延迟量转化成时延控制字传给所述粗补模块；所述粗补模块根据所述时延补偿量计算模块传输过来的时延控制字，通过对直射信号和反射信号的缓存控制，快速实现直射反射信号的相对时延补偿，使得直射信号和反射信号的相关功率峰值处在相关窗附近；所述细补模块包括若干移位寄存器，所述移位寄存器在采样时钟的控制下按照相关窗的长度完成直射信号的滑动，实现时延的精细补偿；所述干涉处理模块对经过所述粗补模块和细补模块后的数字零中频的直射信号和反射信号进行干涉处理，获取时延一维相关功率值，并将当前时刻的相关功率最大值、相对时延量为-1、0、1个扩频码码片处的相关功率值发送至反馈控制模块；所述反馈控制模块通过对相对时延量为-1、0、1个扩频码码片处的相关功率值同当前时刻的相关功率最大值进行比较判决，给出时延反馈补偿量，确保相关功率峰值处在相关窗内，并使得整个时延补偿构成闭环，对时延补偿效果进行跟踪。进一步的，所述时延控制字还包括所述反馈控制模块的时延反馈补偿量，所述反馈控制模块的时延反馈补偿量与所述时延补偿量计算模块中估算得到的反射信号相对直射信号的时间延迟结合后，转化成时延控制字传给所述粗补模块。进一步的，所述粗补模块包括比较器、第一计数器、第二计数器、直射FIFO、反射FIFO和FIFO读使能控制器，其中：所述比较器对所述时延补偿量计算模块传输过来的时延控制字同0进行比较判决；所述第一计数器和第二计数器按照比较结果进行时延控制，配合所述FIFO读使能控制器产生FIFO读使能控制信号RD_EN1和RD_EN2；时延控制字小于0，RD_EN1有效，所述直射FIFO按照时延控制字的要求输出直射信号，实现时延补偿；时延控制字大于0，RD_EN2有效，所述反射FIFO按照时延控制字的要求输出反射信号，实现时延补偿；所述直射FIFO用以缓存直射数字零中频信号，反射FIFO用以缓存反射数字零中频信号。进一步的，所述细补模块中的移位寄存器的个数为400个，所述相关窗的长度为5个C/A码码片长度。本专利技术另外公开了一种GNSS-R双补时延干涉处理方法，包括以下步骤：步骤1：时延补偿量计算模块根据当前的GNSS定位结果，按照当前GNSS-R几何关系，估算出反射信号相对直射信号的时间延迟，并将延迟量转化成时延控制字传给粗补模块；步骤2：粗补模块根据时延补偿量计算模块传输过来的时延控制字，通过对直射信号和反射信号的缓存控制，快速实现直射反射信号的相对时延补偿，使得直射信号和反射信号的相关功率峰值处在相关窗附近；步骤3：细补模块中的若干个移位寄存器在采样时钟的控制下按照相关窗的长度完成直射信号的滑动，实现时延的精细补偿；步骤4：干涉处理模块对经过粗补模块和细补模块后的数字零中频的直射信号和反射信号进行干涉处理，并进行相干累加和非相干累加，获取时延一维相关功率值，并将当前时刻的相关功率最大值、相对时延量为-1、0、1个扩频码码片处的相关功率值发送至反馈控制模块；步骤5：反馈控制模块通过对相对时延量为-1、0、1个扩频码码片处的相关功率值同当前时刻的相关功率最大值进行比较判决，给出时延反馈补偿量，确保相关功率峰值处在相关窗内，并使得整个时延补偿构成闭环，对时延补偿效果进行跟踪。进一步的，在步骤1中：根据当前的GNSS-R几何关系，粗略估算出反射信号相对直射信号的时间延迟t0＝2hsinθ/c，电离层对流层引起的时间延迟t1，结合反馈时延补偿量t2，估算出总体时延tclk＝t0+t1+t2，输出对应的时延控制字，补偿时延量Time与补偿控制字Tctr之间的关系为Tctr＝Time*Fs，其中h为天线的高度，θ为卫星高度角，c为光速，Fs为采样时钟。进一步的，在步骤1中：所述时延控制字还包括所述反馈控制模块的时延反馈补偿量，所述反馈控制模块的时延反馈补偿量与所述时延补偿量计算模块中估算得到的反射信号相对直射信号的时间延迟结合后，转化成时延控制字传给所述粗补模块。进一步的，在步骤2中：当时延控制字大于0，表示反射信号滞后直射信号，第一计数器计时，FIFO读使能控制器产生控制信号控制直射FIFO对直射信号进行延迟，直至时延补偿完成，计时结束；当时延控制字小于0，表示反射信号超前直射信号，第二计数器计时，FIFO读使能控制器产生控制信号控制反射FIFO对反射信号进行延迟，直至时延补偿完成，计时结束；当时延控制字等于0，不做时延补偿。进一步的，在步骤5中，对相关窗内时延为-1、0、1码片处的相关功率同当前时刻的相关功率最大值进行比较判决，具体判据方式如下：当pmax＞p0＞p1＞p2时，表明直射信号超前反射信号，反馈补偿量t0＝-2*采样时钟/扩频码时钟，相关窗向左移动；当pmax＜p0＜p1＜p2时，表明反射信号超前直射信号，反馈补偿量t0＝+2*采样时钟/扩频码时钟，相关窗向右移动；当其他情况时，则反馈补偿量为t0＝0。本专利技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术提供了一种可应用于包括但不限于海洋微波遥感探测系统的GNSS-R双补时延干涉处理系统和方法，该系统和方法能够在本地未知扩频码的生成方式的条件下，采用双补时延补偿电路，快速有效的对GNSS-R反射信号时延进行干涉处理，获取时延一维相关功率，同时采用时延补偿闭环方式，提高对动态时延估计的跟踪能力，从而进行高精度的反演应用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GNSS‑R双补时延干涉处理系统，其特征在于，包括时延补偿量计算模块、粗补模块、细补模块、干涉处理模块和反馈控制模块，其中：所述时延补偿量计算模块根据当前的GNSS定位结果，按照当前GNSS‑R几何关系，估算出反射信号相对直射信号的时间延迟，并将延迟量转化成时延控制字传给所述粗补模块；所述粗补模块根据所述时延补偿量计算模块传输过来的时延控制字，通过对直射信号和反射信号的缓存控制，快速实现直射反射信号的相对时延补偿，使得直射信号和反射信号的相关功率峰值处在相关窗附近；所述细补模块包括若干移位寄存器，所述移位寄存器在采样时钟的控制下按照相关窗的长度完成直射信号的滑动，实现时延的精细补偿；所述干涉处理模块对经过所述粗补模块和细补模块后的数字零中频的直射信号和反射信号进行干涉处理，获取时延一维相关功率值，并将当前时刻的相关功率最大值、相对时延量为‑1、0、1个扩频码码片处的相关功率值发送至反馈控制模块；所述反馈控制模块通过对相对时延量为‑1、0、1个扩频码码片处的相关功率值同当前时刻的相关功率最大值进行比较判决，给出时延反馈补偿量，确保相关功率峰值处在相关窗内，并使得整个时延补偿构成闭环，对时延补偿效果进行跟踪。...

【技术特征摘要】
1.一种GNSS-R双补时延干涉处理系统，其特征在于，包括时延补偿量计算模块、粗补模块、细补模块、干涉处理模块和反馈控制模块，其中：所述时延补偿量计算模块根据当前的GNSS定位结果，按照当前GNSS-R几何关系，估算出反射信号相对直射信号的时间延迟，并将延迟量转化成时延控制字传给所述粗补模块；所述粗补模块根据所述时延补偿量计算模块传输过来的时延控制字，通过对直射信号和反射信号的缓存控制，快速实现直射反射信号的相对时延补偿，使得直射信号和反射信号的相关功率峰值处在相关窗附近；所述细补模块包括若干移位寄存器，所述移位寄存器在采样时钟的控制下按照相关窗的长度完成直射信号的滑动，实现时延的精细补偿；所述干涉处理模块对经过所述粗补模块和细补模块后的数字零中频的直射信号和反射信号进行干涉处理，获取时延一维相关功率值，并将当前时刻的相关功率最大值、相对时延量为-1、0、1个扩频码码片处的相关功率值发送至反馈控制模块；所述反馈控制模块通过对相对时延量为-1、0、1个扩频码码片处的相关功率值同当前时刻的相关功率最大值进行比较判决，给出时延反馈补偿量，确保相关功率峰值处在相关窗内，并使得整个时延补偿构成闭环，对时延补偿效果进行跟踪。2.根据权利要求1所述的一种GNSS-R双补时延干涉处理系统，其特征在于，所述时延控制字还包括所述反馈控制模块的时延反馈补偿量，所述反馈控制模块的时延反馈补偿量与所述时延补偿量计算模块中估算得到的反射信号相对直射信号的时间延迟结合后，转化成时延控制字传给所述粗补模块。3.根据权利要求1所述的一种GNSS-R双补时延干涉处理系统，其特征在于，所述粗补模块包括比较器、第一计数器、第二计数器、直射FIFO、反射FIFO和FIFO读使能控制器，其中：所述比较器对所述时延补偿量计算模块传输过来的时延控制字同0进行比较判决；所述第一计数器和第二计数器按照比较结果进行时延控制，配合所述FIFO读使能控制器产生FIFO读使能控制信号RD_EN1和RD_EN2；时延控制字小于0，RD_EN1有效，所述直射FIFO按照时延控制字的要求输出直射信号，实现时延补偿；时延控制字大于0，RD_EN2有效，所述反射FIFO按照时延控制字的要求输出反射信号，实现时延补偿；所述直射FIFO用以缓存直射数字零中频信号，反射FIFO用以缓存反射数字零中频信号。4.根据权利要求1所述的一种GNSS-R双补时延干涉处理系统，其特征在于，所述细补模块中的移位寄存器的个数为400个，所述相关窗的长度为5个C/A码码片长度。5.一种GNSS-R双补时延干涉处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：时延补偿量计算模块根据当前的GNSS定位结果，按照当前GNSS-R几何关系，估算出反射信号相对直射信号的时间延迟，并将延迟量转化成时延控制字传给粗补模块；步骤2：粗补...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯剑锋，姚崇斌，周勃，袁杰，吴小丹，秦瑾，杜璞玉，孟婉婷，
申请(专利权)人：上海航天测控通信研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31