基于星载GNSS-R/S一体化接收的海面矢量风场反演系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于星载GNSS

【技术实现步骤摘要】
基于星载GNSS
‑
R/S一体化接收的海面矢量风场反演系统及方法


[0001]本专利技术涉及微波遥感
，尤其涉及一种基于星载GNSS
‑
R/S一体化接收的海面矢量风场反演系统及方法。

技术介绍

[0002]随着我国北斗卫星导航系统的完善与全面开放利用，借助多颗导航卫星信号进行海面风场协同探测反演将成为重要解决途径之一，特别是联合同一海面区域的导航卫星信号的反射信号(GNSS
‑
R)与多个方向散射信号(GNSS
‑
S)。因此，如何建立海面风场与GNSS
‑
R、GNSS
‑
S的统计关系，将成为海面风场反演的关键，如何利用GNSS
‑
R/S信息对海面风场进行协同反演也将成为未来重要发展趋势之一。传统GNSS
‑
R的风场反演方法仅能得到海面风速信息，难以得到稳健的风向信息。

技术实现思路

[0003]为克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于星载GNSS
‑
R/S一体化接收的海面矢量风场反演系统及方法，同时利用导航卫星的海面反射信号与多个海面散射信号，同时反演海面的风速与风向信息，具备海面矢量风场反演能力。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是：
[0005]第一方面，本专利技术提供一种基于星载GNSS
‑
R/S一体化接收的海面矢量风场反演系统，包括：星载GNSS/>‑
R/S一体化接收子系统，用于同时接收导航卫星对同一海面反射区域的反射信号和散射信号；GNSS
‑
R海面信息反演子系统，用于利用反射信号对所述海面反射区域的海面风场信息进行反演，输出风速和对应的观测角，作为风向反演的辅助信息；GNSS
‑
S双站雷达成像子系统，用于对所述海面反射区域的多个散射信号进行双站SAR成像与多视处理，获得多幅双站GNSS
‑
SAR图像和观测角；卷积神经网络，用于对风向反演模型进行训练，再将所述海面反射区域的风速及对应的观测角、多幅双站GNSS
‑
SAR图像和观测角作为所述风向反演模型的输入，对风向进行反演。
[0006]第二方面，本专利技术还提供了一种利用上述基于星载GNSS
‑
R/S一体化接收的海面矢量风场反演系统实现的基于星载GNSS
‑
R/S一体化接收的海面矢量风场反演方法，包括：
[0007]S1.利用星载GNSS
‑
R/S一体化接收系统同时接收导航卫星对同一海面反射区域的反射信号和散射信号；
[0008]S2.利用反射信号对所述海面反射区域的海面风场信息进行反演，输出风速和对应的观测角，作为风向反演的辅助信息；
[0009]S3.利用GNSS
‑
S双站雷达成像方法对所述海面反射区域的多个散射信号进行双站SAR成像与多视处理，获得多幅双站GNSS
‑
SAR图像和观测角；
[0010]S4.利用卷积神经网络对风向反演模型进行训练，再将所述海面反射区域的风速及对应的观测角、多幅双站GNSS
‑
SAR图像和观测角作为所述风向反演模型的输入，对风向
进行反演。
[0011]有益效果：
[0012]根据本专利技术的方案，基于星载GNSS
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R/S一体化接收的海面矢量风场反演系统和方法，综合利用同一海面的GNSS
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R与多角度GNSS
‑
S信息，利用卷积神经网络将GNSS
‑
R反演的海面风速及其观测角、多幅GNSS
‑
S雷达图像及其观测角等多维信息与海面风向建立统计模型，提高海面风向反演的稳健性，实现海面矢量风场反演，并能同时获得稳健的海面风速与风向。而且，本专利技术无需发射大功率电磁波，仅需接收导航卫星信号的海面反射信号与散射信号，具有功耗低、成本低等优势，有利于快速形成组网星座，实现全球海面矢量风场的近实时探测。
[0013]根据本专利技术的一个方案，利用双线极化相控阵天线同时对GNSS
‑
R信号与GNSS
‑
S信号进行接收，利用水平极化天线接收功率较大的GNSS
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R信号，利用垂直极化天线接收功率较小的GNSS
‑
S信号，减小GNSS
‑
R信号与GNSS
‑
S信号的功率差，从而简化星载GNSS
‑
R/S一体化接收系统的复杂度。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1示意性表示本专利技术实施例提供的基于星载GNSS
‑
R/S一体化接收的海面矢量风场反演系统结构图；
[0016]图2示意性表示本专利技术实施例提供的星载GNSS
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R/S一体化接收子系统工作示意图；
[0017]图3示意性表示本专利技术实施例提供的星载GNSS
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R/S一体化接收子系统组成图；
[0018]图4示意性表示本专利技术实施例提供的GNSS
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R海面风速反演子系统的结构图；
[0019]图5示意性表示本专利技术实施例提供的GNSS
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S双站成像与多视处理的流程图；
[0020]图6示意性表示本专利技术实施例提供的反演海面风向的卷积神经网络模型图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本专利技术的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
[0022]图1为本实施例的基于星载GNSS
‑
R/S一体化接收的海面矢量风场反演系统结构图。参照图1，该系统包括：
[0023]星载GNSS
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R/S一体化接收子系统10，用于同时接收、获得导航卫星对同一海面反射区域的海面反射信号与海面散射信号。星载GNSS
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R/S一体化接收子系统10采用双线极化相控阵天线对信号进行接收，其中，水平极化接收通道输出导航卫星信号的海面反射信号(GNSS
‑
R)，垂直极化接收通道输出多个导航卫星信号的海面散射信号(GNSS
‑
S)；
[0024]GNSS
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R海面信息反演子系统20，用于利用反射信号对所述海面反射区域的海面风场信息进行反演，输出风速和对应的观测角，作为风向反演的辅助信息；
[0025]GNSS
‑
S双站雷达成像子系统30，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于星载GNSS
‑
R/S一体化接收的海面矢量风场反演系统，其特征在于，包括：星载GNSS
‑
R/S一体化接收子系统(10)，用于同时接收导航卫星对同一海面反射区域的反射信号和散射信号；GNSS
‑
R海面信息反演子系统(20)，用于利用反射信号对所述海面反射区域的海面风场信息进行反演，输出风速和对应的观测角，作为风向反演的辅助信息；GNSS
‑
S双站雷达成像子系统(30)，用于对所述海面反射区域的多个散射信号进行双站SAR成像与多视处理，获得多幅双站GNSS
‑
SAR图像和观测角；卷积神经网络(40)，用于对风向反演模型进行训练，再将所述海面反射区域的风速及对应的观测角、多幅双站GNSS
‑
SAR图像和观测角作为所述风向反演模型的输入，对风向进行反演。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述星载GNSS
‑
R/S一体化接收子系统(10)包括双线极化相控阵天线(100)、一体化接收子系统主机(200)和卫星导航定位接收机(300)，所述双线极化相控阵天线(100)采用独立的双线极化馈线网络，形成两套独立的双线极化相控阵天线(100)，所述双线极化相控阵天线(100)包括水平极化天线和垂直极化天线，所述水平极化天线接收导航卫星的海面反射信号，所述垂直极化天线并行接收多个导航卫星的海面散射信号；所述一体化接收子系统主机(200)用于接收和存储所述海面反射区域的反射信号和散射信号；所述卫星导航定位接收机(300)用于为所述GNSS
‑
R海面信息反演子系统(20)提供导航卫星的位置、速度和参考码信号，以及所述星载GNSS
‑
R/S一体化接收子系统(10)的位置、速度信息，并作为先验信息。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述一体化接收子系统主机(200)包括：第一接收机(2001)，用于对所述水平极化天线输出的海面反射信号进行带通滤波、低噪声放大、下变频与可变增益放大处理，输出中频反射信号；第二接收机(2002)，用于对所述垂直极化天线输出的海面散射信号进行带通滤波、低噪声放大、下变频与可变增益放大处理，输出中频散射信号；双通道信号采集与主控模块(2003)，用于对所述中频反射信号和所述中频散射信号进行量化采集和工作时序控制；时钟与频率管理模块(2004)，用于为所述第一接收机(2001)和所述第二接收机(2002)提供下变频的本振频率，并为所述双通道信号采集与主控模块(2003)提供工作时钟信号；数据存储器(2005)，用于存储海面反射信号和海面散射信号，以及所述卫星导航定位接收机(300)的先验信息。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述卫星导航定位接收机(300)包括：数据通信模块(3001)，用于将导航定位接收机(3002)获得的先验信息传输至一体化接收子系统主机；导航定位接收机(3002)，用于接收多颗卫星的导航信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏正欢，张涛，赵志龙，刘新，张可佳，李亚鹏，董启甲，张庆君，王海涛，金世超，岳富占，彭涛，
申请(专利权)人：北京卫星信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：