【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及全球导航卫星系统(global navigation satellite system)，具体涉及一种偏振gnss-r接收机的极化校准方法。
技术介绍
1、gnss-r技术是目前遥感探测领域的新型技术，可用于研究气候变化、海洋粗糙度和盐度、冰、风速、灾害监测、大气和电离层测量等，而且在土壤探测方面，极化gnss-r已被证明对不同的土地参数敏感，如冻融、作物生长或土壤湿度。目前已在轨的gnss-r卫星包括但不限于uk-tds-1、cyclone gnss(cygnss)、捕风一号卫星、风云三号e、f卫星以及使用被动辐射计的smap-r等。所有这些专用任务都携带一个gnss-r接收器作为主要仪器，并成功收集了微波波段的全球导航卫星系统反射信号。
2、接收的这些星载gnss反射信号中除了包含粗糙表面的物理信息，还有来自电离层和对流层以及接收机载荷自身非理想等因素带来的误差，这将会严重影响后续产品的质量，尤其是一些基于二维时延多普勒图(ddm)反演得到参数精度，如海风、海冰、土壤湿度、植被含水量等。因此gnss-r接收机载荷会对相关后的产品数据进行现场校准。
3、在全球导航卫星系统反射计(gnss-r)中，现场校准主要集中在可观测数据上：双基地雷达截面(brcs)。通常假设发射信号是理想圆偏振的，并使用一些已知参数，如接收机天线方向图增益或接收机噪声本底来校准这种可观测值。此外，还需要每个全球导航卫星系统卫星发射的功率，一般是用同一接收器测量直接信号或者使用查找表和来自系统gnss接收器载波噪声比(
4、上述的载荷现场校准方案对于目前仅用于海洋方面的数据来说已经足够了，因为在海洋应用中，大多数反射信号都是圆形的而且是反射信号是左旋圆极化(lhcp)。然而，在未来的任务中，极化gnss-r的载荷将接收来自土壤、冰、大气等复杂表面的椭圆反射信号，这样就需要适当的校准方案来应对传输信号的椭圆化和相位偏移等非理想状态。同时由于直线极化波在磁化等离子体中沿磁场方向传播时，电磁波的极化面在磁化等离子体内以前进方向为轴不断旋转，信号在到达地表反射点的途中和到达接收机的途中都会经历由电离层引起的旋转影响，导致信号极化方向与接收天线极化方向非对齐，造成接收功率的衰减。除此之外还有来自接收天线本身的极化面(x/y平面)与散射表面的极化面(h/v平面)失准的影响，这些缺陷严重影响了gnss-r产品质量，必须得到对应的补偿。
5、例如，现有技术中一篇公开号为cn115508867a的专利技术专利公开了一种gnss-r接收机双天线信号协同相关处理系统及方法，该系统利用上视天线接收到的gnss直射信号估计出信号的载噪比、卫星多普勒信息，以及码相位等具体参数，利用这些信息对直射信号泄漏干扰的相关峰进行重构，生成相应的ddm图像，用于辅助下视天线接收到的反射信号与本地码的相关过程，在反射相关波形中进行剔除重构ddm，从而对直射泄漏干扰进行抑制，最终提高输出ddm的质量。其采用对反射相关波形进行剔除重构ddm的方法进行校准。
技术实现思路
1、在下文中给出了关于本专利技术实施例的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
2、为解决gnss-r接收机来自信号和载荷的非理想因素，本专利技术的思路为：对时延多普勒图ddm进行极化校准，然后利用处理好的时延多普勒图ddm代替i/q极化数据。通过对比i/q数据流和生成ddm，采用卫星处理好的时延多普勒图ddm作为校准输入，拥有较低的数据速率和较高的信噪比，方便进行极化校准。
3、具体的，本专利技术的一种偏振gnss-r接收机的极化校准方法，包括：
4、步骤1：获取时延多普勒图ddm(delay-doppler mapping)；从时延多普勒图ddm中获取斯托克斯参数；
5、步骤2：定义需要补偿的1个或者多个非理想效应；
6、步骤3：基于所述斯托克斯参数对步骤2中定义的非理想效应进行校准；
7、步骤4：将步骤3中不同非理想效应各自需要补偿的因子转换为相同量纲的误差矩阵；
8、步骤5：对斯托克斯参数进行校准；
9、步骤6：将校准后的斯托克斯参数反演恢复成ddm图，从而实现对ddm图的校准。
10、进一步的，所述步骤1中，从时延多普勒图ddm中获取斯托克斯参数，具体包括：构建极化场景，对gnss反射信号的极化特征进行提取，获得斯托克斯参数；所述斯托克斯参数是描述电磁波偏振状态的参量，提取斯托克斯参数的公式为：
11、s0＝＜|erh|2＞+＜|erv|2＞；
12、s1＝＜|erh|2＞-＜|erv|2＞；
13、
14、
15、式中：erh和erv是右旋圆极化的发射信号的两个线性正交极化分量(h和v)与c/a码副本互相关后的复电场。斯托克斯参数s0-s3常被用于研究光或者电磁波偏振状态，为现有技术，说明如下：
16、s0(强度参数)表示总电场强度，它通常用单位1表示，其它三个数值相应地归一化；
17、s1(偏振参数)表示电磁波的线偏振度，范围：-1≤s1≤1；
18、s2(偏振参数)表示电磁波的线偏振度，与s1不同的是，其测量垂直于s1方向上的偏振度，范围：-1≤s2≤1；
19、s3(环偏振参数)表示圆偏振度，测量电磁波的旋转性质，范围：-1≤s3≤1。
20、作为一个可行的方案，所述步骤2中的非理想效应包括接收机的极化校准；所述步骤3中基于所述斯托克斯参数对步骤2中定义的非理想效应进行校准具体包括：
21、计算接收机天线的轴的指向方向：
22、δθ＝θsp-θt；
23、
24、其中θt和分别为接收机天线实际指向的方位角和俯仰角，θsp和分别为镜面反射点位置处的方位角和俯仰角，角度计算使用地心地固坐标系。δθ和为以接收机位置为原点，镜面反射点为目标的顺时针方向的方位角和俯仰角角度偏移量，角度计算使用地心地固坐标系。
25、作为一个可行的方案，所述步骤2中的非理想效应包括反射路径上的两次法拉第旋转(far)校准；所述步骤3中基于所述斯托克斯参数对步骤2中定义的非理想效应进行校准具体包括：
26、预估法拉第旋转角的角度ω，估计方法如下式：
27、
28、式中λ为反射信号的波长，tecu为归一化的总柱电子含量，由gps提供的tec图反演获得。
29、作为一个可行的方案，所述步骤2中的非理想效应包括发射机信号轴比的校准；所述步骤3中基于所述斯托克斯参数对步骤2中定义的非理想效应进行校准具体包括：
30、使用g本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种偏振GNSS-R接收机的极化校准方法，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种偏振GNSS-R接收机的极化校准方法，其特征在于：所述步骤1中，从时延多普勒图DDM中获取斯托克斯参数，具体包括：构建极化场景，对GNSS反射信号的极化特征进行提取，获得斯托克斯参数；所述斯托克斯参数是描述电磁波偏振状态的参量，提取斯托克斯参数的公式为：
3.根据权利要求1所述的一种偏振GNSS-R接收机的极化校准方法，其特征在于：所述步骤2中的非理想效应包括接收机的极化校准、反射路径上的两次法拉第旋转校准和发射机信号轴比的校准。
4.根据权利要求3所述的一种偏振GNSS-R接收机的极化校准方法，其特征在于：所述步骤3中基于所述斯托克斯参数对接收机的极化校准具体包括：计算接收机天线的轴的指向方向：
5.根据权利要求4所述的一种偏振GNSS-R接收机的极化校准方法，其特征在于：所述步骤3中基于所述斯托克斯参数对反射路径上的两次法拉第旋转进行校准具体包括：
6.根据权利要求5所述的一种偏振GNSS-R接收机的极化校准方法，其特征在于
7.根据权利要求6所述的一种偏振GNSS-R接收机的极化校准方法，其特征在于：所述最小化的损失函数如下式：
8.根据权利要求5所述的一种偏振GNSS-R接收机的极化校准方法，其特征在于：将步骤3中不同非理想效应各自需要补偿的因子转换为相同量纲的误差矩阵，具体包括：
9.根据权利要求8所述的一种偏振GNSS-R接收机的极化校准方法，其特征在于：所述步骤5中，斯托克斯参数的校准如下式所示：
10.根据权利要求1所述的一种偏振GNSS-R接收机的极化校准方法，其特征在于：所述步骤1：获取时延多普勒图DDM具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种偏振gnss-r接收机的极化校准方法，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种偏振gnss-r接收机的极化校准方法，其特征在于：所述步骤1中，从时延多普勒图ddm中获取斯托克斯参数，具体包括：构建极化场景，对gnss反射信号的极化特征进行提取，获得斯托克斯参数；所述斯托克斯参数是描述电磁波偏振状态的参量，提取斯托克斯参数的公式为：
3.根据权利要求1所述的一种偏振gnss-r接收机的极化校准方法，其特征在于：所述步骤2中的非理想效应包括接收机的极化校准、反射路径上的两次法拉第旋转校准和发射机信号轴比的校准。
4.根据权利要求3所述的一种偏振gnss-r接收机的极化校准方法，其特征在于：所述步骤3中基于所述斯托克斯参数对接收机的极化校准具体包括：计算接收机天线的轴的指向方向：
5.根据权利要求4所述的一种偏振gnss-r接收机的极化校准方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：邸国栋，何善宝，唐跃川，张尧，陈林，
申请(专利权)人：航天天目重庆卫星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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