一种用于提高测高精度的GNSS‑R正交化交错处理装置

摘要

一种用于提高测高精度的GNSS‑R正交化交错处理装置，它包括载波跟踪模块、QSE处理模块、载波补偿模块和干涉处理模块；载波跟踪模块对天线接收的直射信号进行载波跟踪，产生与接收直射信号相同多普勒频率的本地复制载波，并输入到QSE处理模块分为两路处理，利用希尔伯特变换将信号从实数域转换成复数域，再将得到的复信号与本地载波信号乘积运算，经过下变频以及低通滤波处理得到海面测高所需的P(Y)码，而反射信号输入到载波补偿模块进行补偿处理；干涉处理模块对载波补偿后的反射信号和QSE处理模块得到的P(Y)码进行干涉处理，得到二维时延多普勒相关功率，进行海面测高；它有效的提高链路内的信噪比，有利于提高测高精度。

主权项

一种用于提高测高精度的GNSS‑R正交化交错处理装置，其特征在于：它包括载波跟踪模块、QSE处理模块、载波补偿模块以及干涉处理模块；载波跟踪模块首先对天线接收的直射信号进行载波跟踪，产生具有与接收直射信号相同多普勒频率的本地复制载波，并将其输入到QSE处理模块，QSE处理模块将直射信号分为两路处理，利用Hilbert变换模块将信号从实数域转换成复数域，再将得到的复信号与本地载波信号进行乘积运算，经过下变频以及低通滤波处理得到海面测高所需的P(Y)码，而反射信号输入到载波补偿模块进行补偿处理；最后，干涉处理模块对载波补偿后的反射信号和QSE处理模块处理得到的P(Y)码进行干涉处理，并得到二维时延多普勒相关功率，然后将得到的二维时延多普勒相关功率进行海面测高，相比于传统的相干解调技术，该实现方法有效的提高链路内的信噪比，有利于提高测高精度；所述的载波跟踪模块包括相干积分模块(a1)、第一载波跟踪环路模块(a2)以及第一载波NCO模块(a3)；第一载波NCO模块(a3)产生本地复制载波后，用于和接收到的直射信号进行相关处理，将处理结果输出给相干积分模块(a1)进行相干积分处理，将处理之后的结果输出给第一载波跟踪环路模块(a2)进行载波跟踪，并将产生的跟踪量反馈给第一载波NCO模块(a3)用于本地复制载波的校正，最终达到直射信号的跟踪目的，产生与直射信号具有相同的频率偏移和码相位的本地复制载波；该相干积分模块(a1)采用传统的相干累加技术将得到两路相关结果通过积分低通滤波器来消除信号中的高频信号成分和噪声，以提高载噪比；该第一载波跟踪环路模块(a2)采用传统的二阶锁频环辅助下的三阶锁相环来进行载波的跟踪，并将跟踪后的结果用来补偿第一载波NCO模块(a3)的偏移量；该第一载波NCO模块(a3)采用传统的载波数控振荡器来复制产生本地载波的同相分量和正交分量，并将产生的上述两路分量和接收的直射信号进行相关，再将得到的两路相关结果输入到相干积分模块(a1)；另外，利用来自第一载波跟踪环路模块(a2)的环路滤波得到的相位偏移作为第一载波NCO模块(a3)偏移量的补偿；所述的载波补偿模块包括第二载波跟踪环路模块以及第二载波NCO模块，它用于反射信号的载波补偿；该第二载波跟踪环路模块和第二载波NCO模块与上述载波跟踪模块所包含的结构关系一致，实现接收反射信号的载波补偿；其中，第二载波NCO模块产生本地复制载波后，用于和接收到的直射信号进行相关处理，将处理结果输出给相干积分模块进行相干积分处理，将处理之后的结果输出给第二载波跟踪环路模块进行载波跟踪，并将产生的跟踪量反馈给第二载波NCO模块用于本地复制载波的校正，最终达到直射信号的跟踪目的，产生与直射信号具有相同的频率偏移和码相位的本地复制载波；所述的QSE处理模块包括Hilbert变换模块(b1)、复数域变换模块(b2)以及低通滤波模块(b3)；QSE处理模块将接收到的直射信号分为两路，Hilbert变换模块(b1)将其中的一路进行Hilbert变换，而复数域变模块(b2)分将另外一路直射信号和Hilbert变换得到的信号分量进行实数域到复数域的变换，再与载波跟踪模块输出的本地复制载波相乘，经过低通滤波最终得到用于海面高度反演的P(Y)码；该Hilbert变换模块(b1)将其中的一路直射信号采用Hilbert变换，即通过和进行时域上的卷积得到与直射信号正交的信号分量，输出给复数域变换模块(b2)；该复数域变换模块(b2)将Hilbert变换模块(b1)得到的正交直射信号和另外一路直射信号，利用复数虚部和实部为相互正交化的关系得到复数信号，从而将接收处理的直射信号从实数域变换为复数域，而得到的复信号与载波跟踪模块产生的本地复制载波进行乘积运算，再经过下变频，该低通滤波将下变频得到的处理信号进行低通滤波处理，最终得到测高需要的P(Y)码；所述的干涉处理模块采用传统的相关器结构，包括乘法器和加法器，用于将上视链路得到的P(Y)码和下视链路反射信号进行干涉相关处理，得到二维时延多普勒相关值，用于海面高度反演。