岸基陣列gnss反射信號潮汐與多波浪參數(shù)綜合探測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及微弱全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS)信號處理、電波傳播、海洋環(huán)境監(jiān)測及 海洋動力學領域，尤其涉及一種基于陣列GNSS海面反射信號特征的用于岸基潮汐高度和 波浪有效波高、平均波周期和波向的綜合探測系統(tǒng)一一岸基陣列GNSS反射信號的潮汐和多 波浪參數(shù)綜合探測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著科技的發(fā)展以及國際形勢的變化，世界各國，尤其是沿海國家已經將海洋經 濟、海洋科技和海洋裝備等領域的發(fā)展提升為國家級戰(zhàn)略的高度，我國也同樣將海洋領域 提升到一個前所未有的高度，"一帶一路"戰(zhàn)略的實施、"中國制造"向"中國創(chuàng)造"的轉變以 及走向深藍海等多個方面的發(fā)展，都需要海洋環(huán)境探測技術的支持和保障。岸邊潮汐高度 和波浪參數(shù)的長期監(jiān)測是海洋環(huán)境監(jiān)測不可缺少的重要組成內容。
[0003] 當前，岸邊潮汐高度主要是利用建設驗潮井的方式進行監(jiān)測；波浪則主要是利用 投放近岸海洋浮標進行監(jiān)測。這兩種傳統(tǒng)方式雖然都能夠對潮汐和波浪進行觀測，但在觀 測站位的選擇上要求較高，受地理環(huán)境的約束，且建設成本和維護成本都很高，不利于岸邊 潮汐和波浪的加密觀測。
[0004] 利用一個指向海面的左旋圓極化（LHCP)天線接收的海面反射的GNSS衛(wèi)星信號特 征遙感反演海面參數(shù)是一種上世紀90年代提出的被動探測技術。目前，已經有用該技術遙 感觀測有效波高參數(shù)的資料，但還未見波向和平均波周期以及潮汐高度觀測的應用。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種岸基陣列GNSS反射信號的潮汐和多波浪參數(shù)綜合探測 系統(tǒng)，可用于岸基情況下，利用陣列天線接收的陣列GNSS海面反射信號特征同時探測潮汐 高度和多波浪參數(shù)，降低自然環(huán)境對岸邊潮汐與波浪觀測站點的限制，填補我國岸基情況 下潮汐和多波浪參數(shù)綜合觀測技術的空白，為我國海洋環(huán)境監(jiān)測及科學研宄等提供有效手 段，為海洋氣象預報提供重要的參數(shù)支撐。
[0006] 一種岸基陣列GNSS反射信號潮汐與多波浪參數(shù)綜合探測系統(tǒng)，其特征在于包括 天線單元，GNSS中頻信號采集模塊，直射信號處理模塊，反射信號處理模塊，潮汐和波浪參 數(shù)反演模塊，數(shù)據(jù)存儲、輸出與顯示模塊，所述的潮汐和波浪參數(shù)反演模塊包括潮汐高度 計算模塊，波向反演模塊，有效波高和平均波周期反演模塊；
[0007] 所述天線單元，用于接收GNSS衛(wèi)星發(fā)射的信號，包括一個右旋圓極化（RHCP)天 線、兩個或以上的左旋圓極化（LHCP)天線和天線支架，所述的RHCP天線用于接收從衛(wèi)星直 接傳播過來的信號，稱為直射信號；LHCP天線用于接收被海面反射的信號，稱為反射信號； 所述的RHCP天線朝向天頂方向，其中一個LHCP天線與RHCP天線朝向相反，并指向海面，其 它LHCP天線以不同的仰角指向海面；
[0008] 所述GNSS中頻信號采集模塊具有的采集通道的數(shù)量與所述天線單元的天線個數(shù) 相同，用于采集經天線單元傳輸過來的GNSS衛(wèi)星信號，并進行下變頻至中頻，并進行編碼 后輸出；
[0009] 所述直射信號處理模塊，用于處理GNSS中頻信號采集模塊輸出的直射信號，并輸 出RHCP天線的位置，以及衛(wèi)星的位置、速度、方位角、仰角、衛(wèi)星信號的多普勒頻移、碼序 列、載波相位和信號功率復數(shù)場參數(shù)，從而為反射信號處理模塊及波向反演模塊、有效波高 和平均波周期反演模塊提供輔助參數(shù)；
[0010] 所述反射信號處理模塊，用于根據(jù)直射信號處理模塊提供的多普勒頻移和碼序列 參數(shù)對反射信號在碼延遲域和多普勒頻移域進行處理，得到反射信號的延遲多普勒功率矩 陣DDMm;
[0011] 所述潮汐高度計算模塊，根據(jù)反射信號相對于直射信號的時間延遲，來實時計算 LHCP天線到海面的高度，進而綜合參考海拔高度點，換算出海面的潮汐高度；
[0012] 所述波向反演模塊，根據(jù)衛(wèi)星的方位角和不同海面粗糙度對GNSS反射信號延遲 多普勒功率矩陣的不同影響，反演出海面粗糙度在不同方位上的變化特性，據(jù)此得到波向 參數(shù)；
[0013] 所述有效波高和平均波周期反演模塊53,根據(jù)反射信號和直射信號復相干場與有 效波高和平均波周期的映射關系，同時反演出有效波高和平均波周期參數(shù)；
[0014] 所述數(shù)據(jù)存儲、輸出與顯示模塊，用于將上述潮汐和波浪參數(shù)反演模塊得到的潮 汐和波浪參數(shù)進行存儲備份，并輸出至指定終端，同時將參數(shù)直觀的顯示出來。
[0015] 本發(fā)明克服了現(xiàn)有GNSS衛(wèi)星反射信號探測技術只用一個LHCP天線且僅能探測有 效波高一個參數(shù)的不足，利用陣列天線接收的多個陣列GNSS反射信號特征能夠同時探測 波向、平均波周期和潮汐高度三個參數(shù)，擴展了觀測要素，且具有成本低，結構簡單輕便， 測量結果可靠，可移動性和適應性強的優(yōu)點，為海洋環(huán)境監(jiān)測提供了有效手段，對海洋經 濟、海洋科技和新能源利用等多個領域的發(fā)展具有重要意義。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明方法步驟流程圖。
[0017] 圖2為本發(fā)明的原理示意圖。
[0018] 其中，A:鏡反射點A，B:鏡反射點B，C:粗糙海面，
[0019] H:天線到海面的高度，h:參考海拔高度點。
[0020] 圖3為本發(fā)明的探測系統(tǒng)的結構圖。
[0021] 其中，1.天線單元、2.GNSS中頻信號采集模塊、3.直射信號處理模塊、4.反射信號 處理模塊、5.潮汐和波浪參數(shù)反演模塊、51.潮汐高度計算模塊、52.波向反演模塊、53.有 效波高和平均波周期反演模塊、6.數(shù)據(jù)存儲、輸出與顯示模塊。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細描述。需要注意的是，根 據(jù)本發(fā)明的岸基陣列GNSS反射信號潮汐和多波浪參數(shù)綜合探測系統(tǒng)和方法的實施方式僅 僅作為例子，但本發(fā)明不限于該【具體實施方式】。
[0023] 圖2為本發(fā)明的原理示意圖。通過本發(fā)明的天線單元1接收來自GNSS衛(wèi)星的直 射信號和反射信號，然后通過信號采集與數(shù)據(jù)處理終端輸出潮汐高度和波浪的有效波高、 平均波周期和波向參數(shù)。
[0024] 如圖2和圖3所示，一種岸基陣列GNSS反射信號的潮汐和多波浪參數(shù)綜合探測系 統(tǒng)，包括安裝在天線支架上的天線單元1，其中天線單元1的RHCP天線指向天頂方向，接收 直射信號，圖2中所示的LHCP位于同一個平面上，指向海面，接收海面反射的GNSS信號，天 線單元1與GNSS中頻信號采集模塊2相連，GNSS中頻信號采集模塊2與直射信號處理模塊 3相連，直射信號處理模塊3與反射信號處理模塊4相連，反射信號處理模塊4將處理結果 分別輸出給潮汐高度計算模塊51、波向反演模塊52和有效波高和平均波周期反演模塊53， 潮汐高度計算模塊51、波向反演模塊52和有效波高和平均波周期反演模塊53將計算和反 演的結果輸出給數(shù)據(jù)存儲、輸出與顯示模塊6。
[0025] 岸基陣列GNSS反射信號潮汐和多波浪參數(shù)綜合探測方法，如圖1所示，具體步驟 如下：
[0026] 第一步、配置系統(tǒng)參數(shù)，包括設置