一种基于GNSS-R技术的载波相位测高装置及其方法

摘要

本发明涉及一种基于GNSS-R技术的载波相位测高装置及其方法，装置包括：GNSS-R接收模块、直接信号处理模块、反射信号处理模块和反射信号载波相位测高模块；所述的反射信号载波相位测高模块包括：开环跟踪单元和时间差分相位测高单元；所述的开环跟踪单元以直接信号跟踪频率为本地参考频率，有效地跟踪GNSS反射信号，得到反射信号载波相位观测量；所述的时间差分相位测高单元，利用开环跟踪单元得到的单频反射信号相位观测量，采用时间差分相位测高法反演精确水面高度。测高方法利用全球导航卫星系统GNSS水面反射信号载波相位精确测量水面高度，采用开环跟踪可以得到有效的反射信号相位观测量；采用时间差分相位测高算法简单，在短时间内实现水面高精度测高。

主权项

1.一种基于GNSS-R技术的载波相位测高装置，包括：GNSS-R接收模块、直接信号处理模块、反射信号处理模块和反射信号载波相位测高模块；其特征在于，所述的反射信号载波相位测高模块包括：开环跟踪单元和时间差分相位测高单元；所述的开环跟踪单元以直接信号跟踪频率为本地参考频率，有效地跟踪GNSS反射信号，得到反射信号载波相位观测量；所述的时间差分相位测高单元，利用开环跟踪单元得到的单频反射信号相位观测量，采用时间差分相位测高法反演水面高度；所述的时间差分相位测高方法的具体步骤包括：1）数据筛选：在岸基静态情况下，如果某GNSS卫星反射信号残差相位随机变化严重则说明数据质量差予以剔除；根据直接和反射天线架设位置和GNSS导航卫星俯仰角和方位角，选择镜面反射点在水面的GNSS卫星信号；如果有效GNSS卫星大于等于2颗，并且各GNSS卫星反射信号同时有效跟踪时间大于或等于11分钟则截取该段时间的数据，执行以下步骤，否则结束；2）残差相位滤波连接：由于残差相位在[-π,π]内变化，需要去除整周跳变，滤波后连接得到50Hz时11分钟多颗GNSS卫星的连续残差相位，去除整周跳变；3）求首末一分钟平均水面高度：得到不同GNSS卫星连续残差相位后，根据时间差分公式，使用最小二乘法，计算间隔10分钟的首末一分钟的平均高度；4）求中间各分钟平均水面高度：固定首一分钟的平均高度后，根据时间差分公式，使用最小二乘法正序反演得到中间时刻2~10分钟对应的高度；固定末一分钟的平均高度后，根据时间差分公式，使用最小二乘法反序反演得到中间时刻2~10分钟对应的高度；根据正反序反演结果，加权平均得到最终的中间时刻1分钟的平均高度；5）最终得到所有时间1分钟的平均水面高度；其中，时间差分公式为：式中，上标S代表某GNSS卫星S，下标j代表时刻tj，i代表时刻ti；为GNSS-R开环接收机输出残差相位；H为某时刻反射天线相位中心到水面的距离；θ为某时刻GNSS卫星S与直接信号接收机的俯仰角；是指在一段观测时间内可以同时观测到两颗或更多GNSS卫星时，在i时刻多颗GNSS卫星中的某一颗GNSS卫星与直接信号接收机的俯仰角；是指在一段观测时间内可以同时观测到两颗或更多GNSS卫星时，在j时刻多颗GNSS卫星中的某一颗GNSS卫星与直接信号接收机的俯仰角；是指在一段观测时间内可以同时观测到两颗或更多GNSS卫星时，在i时刻反射天线相位中心到水面的距离；是指在一段观测时间内可以同时观测到两颗或更多GNSS卫星时，在j时刻反射天线相位中心到水面的距离。