星下点观测的星载GNSS-R海面风场反演方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种星下点观测的星载GNSS

【技术实现步骤摘要】
星下点观测的星载GNSS
‑
R海面风场反演方法及系统


[0001]本专利技术涉及海面风矢量探测
，特别是涉及一种星下点观测的星载GNSS
‑
R海面风场反演方法及系统。

技术介绍

[0002]海洋动力灾害是对全球沿海各国危害最大的自然灾害。因此，准确探测海面风矢量对海洋动力灾害的预报预警起着至关重要的作用，传统的海面风矢量星载探测手段主要包括辐射计、高度计和散射计等，具有设备较复杂、成本较高等特点，不适合大规模卫星组网遥感探测，因此其空间覆盖性和时间分辨率较低。
[0003]全球导航卫星系统反射信号(Global Navigation Satellite System Reflectometry，GANN
‑
R)技术通过采用岸基、机载以及空载的特殊接受设备接受GNSS直射信号和以及经反射面反射的GNSS反射信号，对GNSS直射信号和GNSS反射信号进行处理来反演目标物的特性。目前星载GNSS
‑
R应用较为广泛，但尚未见星载GNSS
‑
R海面风矢量直接反演的相关研究论述。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种星下点观测的星载GNSS
‑
R海面风场反演方法及系统，可利用三颗方位角不同的导航卫星的星下点非镜向散射信号，反演得到海面风矢量。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供了一种星下点观测的星载GNSS
>‑
R海面风场反演方法，包括：
[0007]建立星载环境下的坐标系；所述坐标系的原点位于镜面反射点；所述坐标系的Z轴指向镜面反射点切平面的法向；其中，导航卫星与GNSS
‑
R接收卫星位于所述坐标系的YOZ平面，且所述导航卫星与所述GNSS
‑
R接收卫星均位于所述坐标系的Z轴正半轴侧；所述导航卫星位于所述坐标系的Y轴正半轴侧，所述GNSS
‑
R接收卫星位于所述坐标系的Y轴负半轴侧；
[0008]在所述坐标系下，采用基于极大似然估计的星载GNSS反射信号海面风矢量反演算法，对三颗方位角不同的导航卫星的星下点非镜向散射信号进行海面风矢量的反演，得到海面风矢量；
[0009]计算所述海面风矢量的数值解。
[0010]本专利技术还提供了一种星下点观测的星载GNSS
‑
R海面风场反演系统，包括：
[0011]坐标系构建模块，用于建立星载环境下的坐标系；所述坐标系的原点位于镜面反射点；所述坐标系的Z轴指向镜面反射点切平面的法向；其中，导航卫星与GNSS
‑
R接收卫星位于所述坐标系的YOZ平面，且所述导航卫星与所述GNSS
‑
R接收卫星均位于所述坐标系的Z轴正半轴侧；所述导航卫星位于所述坐标系的Y轴正半轴侧，所述GNSS
‑
R接收卫星位于所述坐标系的Y轴负半轴侧；
[0012]海面风矢量计算模块，用于在所述坐标系下，采用基于极大似然估计的星载GNSS反射信号海面风矢量反演算法，对三颗方位角不同的导航卫星的星下点非镜向散射信号进
行海面风矢量的反演，得到海面风矢量；
[0013]数值解计算模块，用于计算所述海面风矢量的数值解。
[0014]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0015]一、提供了一种基于极大似然估计的星载GNSS反射信号海面风矢量反演算法，可直接利用非镜向独立观测模式下的多颗导航卫星散射信号反演得到海面风矢量（即海面风速和海面风向），反演精度高，算法复杂度低。
[0016]二、观测几何关系的对称性和海浪谱的对称性导致海面风向有四个模糊解，在多星观测中可以消除观测几何关系导致的模糊解，将海面风向模糊解由四个降为两个，即增加导航卫星的数量可以消除观测对称性导致的海面风向模糊解。
[0017]三、本专利技术使用的GNSS
‑
R技术，具有信号资源丰富，全球全天时、全天候覆盖、探测范围广、成本低的优点。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术实施例提供的星下点观测的星载GNSS
‑
R海面风场反演的流程示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例提供的星载GNSS
‑
R本地坐标系示意图。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]本专利技术针对星载GNSS
‑
R海面风矢量反演这一难点，利用非镜向独立观测模式下的多颗导航卫星散射信号反演得到海面风速和海面风向，为星载GNSS
‑
R海面风矢量反演提供了一种适合推广应用的解决方案。
[0023]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0024]实施例一
[0025]海面通常可认为是微粗糙表面，GNSS直射信号在海面的散射既包含了镜向散射，也包含了非镜向散射。其中，镜向模式是指镜面反射点位于反射天线的有效覆盖区内，此时接收到的信号主要是镜向散射信号，即镜面反射点附近的信号；非镜向模式则是指镜面反射点位于反射天线的有效覆盖区之外，此时接收到的信号主要是非镜向散射信号，即远离镜面反射点的信号。
[0026]由于非镜向散射系数随海面风向呈周期性波动，可以利用时延
‑
多普勒(Delay
‑
Doppler Mapping，DDM)均值（Delay
‑
Doppler Mapping Average，DDMA）作为海面风矢量反
演的特征观测量。DDMA是星下点天线波束中心附近特定时延
‑
多普勒窗内散射系数的均值。在星下点非镜向观测配置下，星载GNSS
‑
R接收机（又称为GNSS
‑
R卫星或者GNSS
‑
R接收卫星）在同一观测海域同时接收到三颗导航卫星的星下点非镜向散射信号的概率很大。基于此，旨在利用三颗方位角不同的导航卫星的星下点非镜向散射信号实现海面风矢量的反演。
[0027]本实施例提供了一种星下点观测的星载GNSS
‑
R海面风场反演方法，特别是涉及基于极大似然估计（Maximum Likelihoo本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星下点观测的星载GNSS
‑
R海面风场反演方法，其特征在于，包括：建立星载环境下的坐标系；所述坐标系的原点位于镜面反射点；所述坐标系的Z轴指向镜面反射点切平面的法向；其中，导航卫星与GNSS
‑
R接收卫星位于所述坐标系的YOZ平面，且所述导航卫星与所述GNSS
‑
R接收卫星均位于所述坐标系的Z轴正半轴侧；所述导航卫星位于所述坐标系的Y轴正半轴侧，所述GNSS
‑
R接收卫星位于所述坐标系的Y轴负半轴侧；在所述坐标系下，采用基于极大似然估计的星载GNSS反射信号海面风矢量反演算法，对三颗方位角不同的导航卫星的星下点非镜向散射信号进行海面风矢量的反演，得到海面风矢量；计算所述海面风矢量的数值解。2.根据权利要求1所述的一种星下点观测的星载GNSS
‑
R海面风场反演方法，其特征在于，还包括：在所述坐标系中，将海面风向定义为海面风矢量与所述坐标系的X轴正半轴侧的夹角。3.根据权利要求1所述的一种星下点观测的星载GNSS
‑
R海面风场反演方法，其特征在于，在所述坐标系下，采用基于极大似然估计的星载GNSS反射信号海面风矢量反演算法，对三颗方位角不同的导航卫星的星下点非镜向散射信号进行海面风矢量的反演，得到海面风矢量，具体包括：在所述坐标系下，对三颗方位角不同的导航卫星的星下点非镜向散射信号进行处理，得到每颗导航卫星对应的DDMA测量值，并确定每颗导航卫星对应的DDMA测量值的残差的条件概率密度函数；根据所述条件概率密度函数，确定似然函数，并计算所述似然函数的最大值，进而得到海面风矢量。4.根据权利要求1所述的一种星下点观测的星载GNSS
‑
R海面风场反演方法，其特征在于，计算所述海面风矢量的数值解，具体包括：采用数值搜索算法，计算所述海面风矢量的数值解。5.一种星下点观...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，杨鹏瑜，罗超，郑琦，杨东凯，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：