本实用新型专利技术提供一种GNSS‑R多系统伪码相位测高装置，其解决了现有伪码相位测高装置测量精度较低和稳定性较差的技术问题，其包括射频数据采集模块、中频数据采集模块、数据处理模块、频率精化模块、高度获取模块，射频数据采集模块采集直射信号和反射信号，将信号传送到中频数据采集模块，数据处理模块和频率精化模块分别对中频数据采集模块的中频数据信号进行处理后，传送到高度获取模块计算高度，本实用新型专利技术可广泛用于卫星定位导航领域。
【技术实现步骤摘要】
一种GNSS-R多系统伪码相位测高装置
本技术涉及卫星定位导航领域，尤其是涉及一种GNSS-R多系统伪码相位测高装置。
技术介绍
随着海洋战略地位的不断提升，我国经济发展和国防安全越来越依靠海洋，而由于之前国家经济和国防主要方向集中在陆上，对于海洋环境的探测手段和能力都与西方发达国家存在较大差距，海洋环境特别是海洋重力环境，对于我国经济发展和国防安全至关重要。全球高航卫星系统(GNSS)解决了在海洋中的定位导航问题，而且随着我国北斗导航系统建成，我国在导航定位领域的话语权和自主能力得到极大提高，在其他国家卫星导航系统建成或现代化完成后，全球将会有超过一百颗卫星提供导航定位服务，如此多的卫星，提供了免费的信号发射端，而GNSS接收机目前的价格也相当便宜，因此通过对传统GNSS接收机进行改造，从而使其可以处理GNSS海面反射信号，完成海面测高任务，具有极大的经济利益。目前的GNSS-R测高技术中，载波相位测高的稳定性还是无法满足实际应用的要求，在伪码相位测高中，采用新频点的P码或者北斗的B2a码能够实现较高精度；尽管在GNSS-R测高中，伪码相位测高已经取得了较好的成果，但是目前大都采用GPSL1和BDSB1频点，新频点测高还没有得到广泛应用；GPSL1和BDSB1的码率分别为1.023e6和2.046e6Hz，从而导致测距结果最多达到米级，对于测高不具有普遍适用性，且两种测高结果分别输出，对测高结果的精度和稳定性没有多大的提升；采用载波相位测高，主要的困难在于相位观测值受海面粗糙度影响较大，难以获得持续稳定的测高结果；目前来说，利用导航卫星载波相位测高也不具有普遍的适用性，在卫星测高领域，现有技术采用微波高度计进行测高，卫星测高精度高，但空间分辨率差，而且卫星价格高，对于目标区域的覆盖能力有限，海面高度与海面重力场息息相关，而获取海面高度最重要手段为重力卫星，重力卫星空间覆盖范围在500公里左右，而且对两级地区难以做到覆盖，因此研发一种价格便宜，精度足够且空间和时间分辨率更高的技术，是当前海洋测高和重力场反演急需解决的重要问题。
技术实现思路
本技术就是针对现有伪码相位测高装置测量精度较低和稳定性较差的技术问题，提供一种测量精度和稳定性较高的GNSS-R多系统伪码相位测高装置。为此，本技术包括射频数据采集模块、中频数据采集模块、数据处理模块、频率精化模块、高度获取模块，射频数据采集模块采集直射信号和反射信号，将信号传送到中频数据采集模块，数据处理模块和频率精化模块分别对中频数据采集模块的中频数据信号进行处理后，传送到高度获取模块计算高度。优选的，射频数据采集模块包括两个极化宽带天线，分别为上视天线和下视天线，上视天线采用右旋极化天线接收直射信号数据，下视天线采用左旋计划天线接收海面反射信号。优选的，上视天线与下视天线关于水平面对称布置。优选的，数据处理模块电连接有网络通讯模块，获取外部GPS信号。优选的，中频数据采集模块包括网卡接口，通过网卡接口将数据传送到PC端。本技术通过射频数据采集模块和中频数据采集模块获取海绵的直射信号和反射信号，并通过数据处理模块对直射信号进行定位结算，获取卫星高度角，同时处理反射信号时，输出信号质量，根据不同频点测高精度，考虑测距码本身精度，卫星高度角影响及反射信号捕获质量，最后通过高度获取模块输出海面高度值，测量精度较高。附图说明图1为本技术的原理框图；图2为数据处理模块的原理框图；图3为频率精化模块的原理框图。具体实施方式下面参照附图详细说明本技术的具体实施方式。如图1所示，本技术包括射频数据采集模块、中频数据采集模块、数据处理模块、频率精化模块、高度获取模块，射频数据采集模块采集直射信号和反射信号，将信号传送到中频数据采集模块，数据处理模块和频率精化模块分别对中频数据采集模块的中频数据信号进行处理后，传送到高度获取模块计算高度。射频数据采集模块，采用两个完全相同的极化宽带天线，分别为上视天线和下视天线，上视天线采用右旋极化天线接收直射信号数据，下视天线采用左旋计划天线接收海面反射信号；本专利技术采用的宽带天线，同一时间采集频点较多，便于采集测高新频点数据，天线放置中，上视天线与下视天线关于水平面对称布置，从而使直射信号和反射信号的天线3dB范围基本相同，采用正交下变频，使信号频率在基频附近，便于下一步数据处理，采用2bit量化，对正交和同向支路进行量化，结果送入中频数据采集模块。中频数据采集模块，包括天线和射频前端，天线用于接收射频数据采集模块的直射信号和反射信号，射频前端采用两片GP2010进行双前端采集，根据本地采样时钟对信号进行混频，量化和采样，之后的数据称为中频数据，中频采样频率在20～200MHz可调，默认设置为40MHz，数据采样结果按照I,Q交错存放；直射信号和反射信号采样时钟相同，中频数据采集模块还包括网卡接口，采样结果可通过高速网卡接口输出到PC端，便于进行其他研究。如图2所示，数据处理模块，中频数据采集模块通过传输总线将信号传送到数据处理模块，数据处理模块基于传统定位接收机中的数字信号处理FPGA装置，直接对中频数据进行处理，直射信号首先进行捕获、跟踪、定位等常规定位操作，反射信号处理中主要进行相关操作；且数据处理模块电连接有网络通讯模块，本专利技术采用单频GPS进行定位，输出位置信息，这主要考虑到硬件消耗，通过网络通讯模块获取外部GPS信号，本实施例中获取山东大学北斗分析中心提供的预报星历，在完成GPS定位之后，可以输出被捕获的其他系统卫星的高度角，方位角等信息，反射信号捕获方法同直射信号基本一致，但是为了对弱信号进行捕获，采用10ms相关积分提高信噪比，反射信号获取当前时刻反射卫星的PRN号后，在直射信号捕获结果中寻找对应卫星的相位初值和载波多普勒值，此时载波多普勒频率分辨率为1kHz。如图3所示，频率精化模块，频率精化模块在FPGA中实现，主要是复用直射信号的本地码表，在直射信号跟踪完成后，利用获取的直射信号码相位与载波，建立本地信号，将本地信号和反射信号进行相关，获取时延；频率精化模块对中频数字信号进行处理，利用获取的卫星PRN号，生成对应的本地码(对于GPS来说为C/A码和P码，对于BDS来说是BDI，B2a)，此时只需要从本地伪码表中提取对应采样伪码即可，完成伪码相关剥离，在载波剥离时，以直射信号多普勒频率为中心，设置1kHz的频率捕获范围，频率步长设置为25Hz。建立本地载波表，与信号相乘进行载波剥离，获取结果的峰值频率和相位，进而提取峰值频率对应的时延图(DM)，采用多项式插值方法获取峰值相位，插值点间隔为采样间隔的1/100，按照捕获时的阈值设置方法，获取峰值功率与除峰值外的平均功率比值，作为当前信号质量(flag)，同步输出到高度获取模块。海面高度获取模块，在DSP中实现，海面高度获取模块为固定算法，综合卫星高度角elk，直射信号和反射信号的信号质量(flag)，以本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种GNSS-R多系统伪码相位测高装置，其特征在于，包括射频数据采集模块、中频数据采集模块、数据处理模块、频率精化模块、高度获取模块，所述射频数据采集模块采集直射信号和反射信号，将信号传送到中频数据采集模块，所述数据处理模块和所述频率精化模块分别对中频数据采集模块的中频数据信号进行处理后，传送到所述高度获取模块计算高度。/n
【技术特征摘要】
1.一种GNSS-R多系统伪码相位测高装置，其特征在于，包括射频数据采集模块、中频数据采集模块、数据处理模块、频率精化模块、高度获取模块，所述射频数据采集模块采集直射信号和反射信号，将信号传送到中频数据采集模块，所述数据处理模块和所述频率精化模块分别对中频数据采集模块的中频数据信号进行处理后，传送到所述高度获取模块计算高度。
2.根据权利要求1所述的GNSS-R多系统伪码相位测高装置，其特征在于所述射频数据采集模块包括两个极化宽带天线，分别为上视天线和下视天线，所述上视天线采用右旋极化天线...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐天河，贺匀峤，高凡，江楠，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东;37
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