【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种适用于gnss-ir水位反演的降噪方法，属于干涉反射遥感。
技术介绍
1、水资源是人类生存不可或缺的重要资源之一，水位信息是水流变化的重要标志，是水文、气象等预报监测的重要基础数据。水位观测是对人民生产生活的保障，对人类的发展具有重要意义。全球卫星导航系统反射测量技术是全球导航卫星系统(globalnavigation satellite system，gnss)快速发展、应用而衍生的一种新型地表特征探测技术。单天线接收机同时接收直射信号和反射信号，在接收机形成干涉信号，以信噪比(signal to noise ratio，snr)的形式存储，gnss-ir技术就是通过分析snr数据来获取信号中含有的水位信息。相对于传统水位观测手段，利用gnss-ir技术进行水位观测具有低成本、覆盖范围广、全天候观测等优势。
2、gnss-ir反演水位反演的核心在于趋势项分离和振荡频率提取。在实际应用中，利用gnss-ir技术进行水位反演需要去除干涉信号中的直射信号，即趋势项分离，通常采用低阶多项式拟合直射信号，作为趋势项去除，但是在低高度角时，趋势项复杂程度的增加，难以有效拟合出趋势项，影响水位反演精度。此外，还需对去除趋势项后的信号的主要频率进行估计，即振荡频率提取，通常使用的频谱分析方法为lomb-scargle谱分析法(lsp)，但是去除趋势项后的信号中除了含有水位信息，还存在噪声干扰，影响水位反演精度。而经验模态分解(empirical mode decomposition，emd)是一种基于数据自身的自
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种适用于gnss-ir水位反演的降噪方法，为了解决现有技术水位反演精度差的问题。
2、一种适用于gnss-ir水位反演的降噪方法，所述方法包括：
3、通过gnss接收机获取卫星导航文件和观测文件，读取文件中的信噪比数据、用户接收机位置坐标，计算各个卫星的轨道位置坐标；
4、根据接收机位置坐标和卫星的轨道位置坐标，计算卫星高度角和方位角；
5、根据信噪比数据和卫星高度角和方位角，按照菲涅尔反射原理和反射水面与gnss接收机的相对位置关系，设定有效的卫星高度角和方位角阈值区间，选择出可用于水位反演的卫星数据；
6、提取可用于水位反演的卫星数据信噪比中的反射信号；
7、降低反射信号中的噪声干扰，完成降噪。
8、进一步地，所述提取可用于水位反演的卫星数据信噪比中的反射信号的方法包括：
9、利用emd方法将原始的信噪比数据分解为不同频率的本征模函数，分解后的imf分量按照频率降序排列，计算方法如公式(1)所示：
10、
11、式(1)中，x(t)为原始信号；t为时间；n为emd分解所得imf个数；k为imf分量的序号；r为残差项；
12、各卫星的信噪比时间序列的趋势项存在于低频imf分量中，通过尺度标准化模量的累计均值法进行imf分量高频和低频分界点的识别，尺度标准化的累积均值法计算方法如公式(2)所示：
13、
14、式(2)中，mean表示求均值；std表示求标准差；hn为第n个imf分量的尺度标准化累积均值，当imf分量中的水位信息到趋势信号过渡时，hn会偏离零值，利用t检验判断该值偏离程度来确定imf的程度，确定imf高频与低频的分界点，并将低频imf分量作为趋势项去除，从而得到snr数据中的反射信号。
15、进一步地，所述趋势项公式为：
16、
17、式(3)中，snrd为趋势项，将原信噪比序列与趋势项作差，得到由卫星反射信号造成的反射信号信噪比时间序列，如式(4)所示；
18、
19、式(11)中，snrr为去除趋势项后的反射信号信噪比值，a为信号振幅，φ为相位。
20、进一步地所述降低反射信号中的噪声干扰的方法包括：
21、将imf分量进行分类；
22、采用lsp谱分析求出imf分量各个信号的信号频率及频率距离；
23、根据各个信号的信号频率及频率距离，输出多路径信号振荡频率值。
24、进一步地，所述imf分量分类包括：
25、按照各个高频信号中含有的水位信息将其分为imf1+imf2、imf1、imf2、imf3，其余低频imf分量均为趋势信号。
26、进一步地，所述采用lsp谱分析求出imf分量各个信号的信号频率及频率距离的方法包括：
27、由于snr数据相对于高度角正弦值来讲是非均匀分布，无法采用传统的快速傅里叶变换(fast fourier transform，fft)进行频谱分析，故而采用lsp谱分析求第一步中imf1+imf2、imf1、imf2、imf3的频率为f0、f1、f2、f3，并求f0与f1、f2、f3的距离分别为dis1、dis2、dis3。
28、进一步地，所述输出多路径信号振荡频率值包括：
29、当dis1、dis2均小于1，认为imf1、imf2均含有大量水位信息，输出频率f0；
30、当dis1、dis2中，dis1或dis2大于1时，认为小于1的imf分量中含有更多的水位信息，输出f1或f2；
31、当dis1、dis2均大于1时，若dis3大于dis1或dis2，认为残余趋势信号对高频分量有干扰，选择dis1和dis2中较小值对应分量，认为该分量受趋势项干扰较小，输出f1或f2；若dis3小于dis1和dis2，认为imf1、imf2均含有少量水位信息，输出f0。
32、进一步地，所述计算卫星高度角和方位角的公式为：
33、
34、
35、式(5)和式(6)中，ele为卫星高度角，azi为卫星方位角，为gnss接收机经度；为卫星轨道经度，β为gnss接收机纬度。
36、进一步地，所述设定有效的卫星高度角和方位角阈值区间的条件为：
37、gnss信号在水面的反射点在反射区域内；
38、gnss卫星在接收机天线未被遮挡的方位；
39、gnss接收机获取的数据文件中信息完整。
40、进一步地，所述卫星数据中的信噪比公式为；
41、
42、式(6)中，ad为直射信号的幅值；ar为反射信号的幅值，为反射信号相对于直射信号的相位差；
43、接收机天线的增益作用会抑制反射信号的接收以保证ad远大于ar，将直射信号作为snr的主要趋势，而反射信号的影响主要表现在snr的高频振荡，且多路径相位延迟与接收机天线至反射面的距离相关，如公式(7)所示：
44、
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【技术保护点】
1.一种适用于GNSS-IR水位反演的降噪方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的适用于GNSS-IR水位反演的降噪方法，其特征在于，所述提取可用于水位反演的卫星数据信噪比中的反射信号的方法包括：
3.根据权利要求1所述的适用于GNSS-IR水位反演的降噪方法，其特征在于，所述趋势项公式为：
4.根据权利要求1所述的适用于GNSS-IR水位反演的降噪方法，其特征在于，所述降低反射信号中的噪声干扰的方法包括：
5.根据权利要求4所述的适用于GNSS-IR水位反演的降噪方法，其特征在于，所述IMF分量分类包括：
6.根据权利要求4所述的适用于GNSS-IR水位反演的降噪方法，其特征在于，所述采用LSP谱分析求出IMF分量各个信号的信号频率及频率距离的方法包括：
7.根据权利要求4所述的适用于GNSS-IR水位反演的降噪方法，其特征在于，所述输出多路径信号振荡频率值包括：
8.根据权利要求1所述的适用于GNSS-IR水位反演的降噪方法，其特征在于，所述计算卫星高度角和方位角的公式为：<...
【技术特征摘要】
1.一种适用于gnss-ir水位反演的降噪方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的适用于gnss-ir水位反演的降噪方法，其特征在于，所述提取可用于水位反演的卫星数据信噪比中的反射信号的方法包括：
3.根据权利要求1所述的适用于gnss-ir水位反演的降噪方法，其特征在于，所述趋势项公式为：
4.根据权利要求1所述的适用于gnss-ir水位反演的降噪方法，其特征在于，所述降低反射信号中的噪声干扰的方法包括：
5.根据权利要求4所述的适用于gnss-ir水位反演的降噪方法，其特征在于，所述imf分量分类包括：
6.根据权利要求4所述的适用于gns...
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