一种适用于星载gnss-r接收机的具有可抑制镜点高动态的相关器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种GNSS-R接收机，更特别地说，是指一种适用于星载GNSS-R接收 机的具有可抑制镜点高动态的相关器。通过对高速移动的镜面反射点进行处理，使得星载 GNSS-R接收机在进行海面反演中提高海面测高精度。
【背景技术】
[0002] 全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS)就是以人造 地球卫星作为导航台的星基无线电导航系统，为全球陆、海、空、天的各类军民载体提供全 天侯、高精度的位置、速度和时间信息，因而它又称为天基定位、导航和授时（PNT)系统。 全球卫星导航系统（GNSS)是对全球定位系统（GPS)、格洛纳斯系统（GLONASS)和伽利略 (Galileo)系统等这些单个卫星导航定位系统的统一称谓。参考2013年9月第1次印刷， 作者谢钢，《全球导航卫星系统原理一一GPS、格洛纳斯和伽利略系统》第一章绪论篇，第1 页。
[0003] 尽管GPS、GLONASS和Galileo三大系统对其系统构成可能有着各自略微不同的定 义，但是基本上可以一个GNSS由三部分组成，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备 部分。参考2013年9月第1次印刷，作者谢钢，《全球导航卫星系统原理一一GPS、格洛纳 斯和伽利略系统》第一章绪论篇，第4页。在本文中记为图1，图中空间星座部分的主体是 分布在空间轨道中运行的一定数量的卫星，它们通常呈地球中轨道（MEO)、静止地球（GEO) 或者倾斜地球同步轨道（IGSO)卫星的形式出现。作为导航定位卫星。为了区分不同卫星 (或者同一卫星）所发射的不同信号，GNSS需要采用一种多址技术机制。多址技术一般分 为码分多址（CDM)、频分多址（FDM)和时分多址（TDM)三种，其中，CDM是将可播发在同 一载波频率上的不同信号经不同的伪随机噪声（PPN)码扩频调制，FDM是将不同信号播发 在不同的载波频率上，而TDMA是将可以播发在同一载波频率上的不同信号成分通过分时 而共享一个信道。
[0004] 参考2013年9月第1次印刷，作者谢钢，《全球导航卫星系统原理--GPS、格洛纳 斯和伽利略系统》第一章绪论篇，第8-12页。在GNSS接收机的设计中，在本文中记为图2。 图中相关器是将本地复制伪码与接收信号做相关运算，使卫星信号解扩而随即提升了接收 信号的信噪比。
[0005] 在众多GNSS-R接收机的应用领域中，也有的在低轨卫星上安装了 GNSS-R接收机。 通过机载、陆地实验获得了海面风场、土壤湿度、海冰等大量观测数据，研宄了相应的反演 模型。GNSS-R 即 Global Navigation Satellite System-Reflection，译文为基于反射信 号的全球卫星导航系统。
[0006] 传统的星载GNSS-R接收机在接收、处理海洋表面反射信号进行测高时，相比于海 洋表面的3dB覆盖区（低于天线视轴方向的最大增益值3dB的固定增益等值线定义的区域 称为3dB覆盖区）、以及海洋表面反射信号并没有被充分利用，尤其在星载情况下的镜 面反射点的高动态移动。镜面反射点所属的闪耀区内存在的斑点噪声对传统星载GNSS-R 接收机处理信号将产生影响，这会产生较大的时延误差，而斑点噪声减弱了信号的信噪比， 从而降低了海洋测高精度。
【发明内容】
[0007] 为了使星载GNSS-R接收机在进行海面反演过程中对海面测高精度的提高，本发 明设计了一种适用于星载GNSS-R接收机的具有可抑制镜点高动态的相关器。该相关器一 方面充分利用天线3dB覆盖区域内的海洋表面反射信号，另一方面利用镜面反射点多 普勒频率（fa，fb)对直射信号d进行频率补偿，第三方面将经过时延多普勒补偿后的直射 信号Dif卜和噪声Zd(t)与载波补偿后的反射信号和斑点信号F(t)进行干 涉处理，从而有利于提尚测尚精度。
[0008] 本发明设计的一种适用于星载GNSS-R接收机的具有可抑制镜点高动态的相关 器，其特征在于：该相关器包括有直射信号跟踪模块（1)、时延模块（2)、抑制镜点高动态控 制模块（3)、抑制镜点高动态处理模块（4)、抑制镜点高动态融合模块（5)、载波补偿模块 (6)和干涉处理模块（7);
[0009] 直射信号跟踪模块（1)用于对数字直射中频信号炉= 进 行跟踪；
[0010] 时延模块⑵依据时延量τ对数字直射中频信号#⑴= 进行时延，得到时延后直射信号 <延(，)=[40-小炉(?-ΟχΙ^?-Γ)]^2^^
[0011] 抑制镜点高动态处理模块（3)首先接收时延后直射信号散射点-多 普勒频率差/ag和反射点-多普勒频率差·/??，然后，应用散射点-多普勒频率差 和反射点-多普勒频率差来补偿时延后直射信得补偿后直射信号 -\1π{\ fd - fafA fi-5(t) = Riim(t)xe Vz"J ;
[0012] 抑制镜点高动态控制模块（4)第一方面接收导航数据Na (t);第二方面，依据导航 数据Na(t)获得散射区域内的散射点sa的个数和一个镜面反射点sp ;第三方面，采用基于 线段二分法的镜面反射点估计算法得到镜面反射点sp的位置，镜面反射点sp的位置记为 (x sp，ysp);第四方面，计算散射点-多普勒频率差；第五方面，计算反射点-多普勒频率差；
[0013] 抑制镜点高动态融合模块（5)在一个镜面反射点的N个移动位置，以 及天线3 dB覆盖区域内的M个散射点进行平均累加，得到输出的直射信号为 I I -r 、 -jj 2 J fJ -mfaf -φ^γ 1?+??] ^Σ|0; 1Vl n-0 \ I J J
[0014] 载波补偿模块（6)对接收到的数字反射中频信号If (t)进行载波补偿；
[0015] 干涉处理模块（7)将接收到的和//_"(；)进行干涉处理，得到时延多普勒 二维相关功率 11 皿/ b，/) = IX f fO)+X [巧偿(『+0++T)}/?。 lc Tc
[0016] 本发明设计的具有可抑制镜点1?动态的相关器的优点在于：
[0017] ①本发明的相关器通过对镜面反射点位置、速度的计算估计出镜面反射点的多普 勒频率n Afs (-个镜面反射点在N个采样周期内的的N次移动，并得到N次移动后的镜 面反射点的多普勒频移η Λ fs)，其中"G [0, iV -1],将上述频移作为反射信号的多普勒补偿 后，对N个不同的镜面反射点反射区域进行平均累加充分利用海面反射信号资源；对于单 一反射区域来说，接收装置利用已知导航信息，根据接收机速度、位置以及卫星速度、位置 信息，估计出该反射区域中M个相对于镜面反射点的多普勒频率mf s，其中，多普勒频率超前 于镜面反射点sp的散射点的个数记为ι%Λ，多普勒频率滞后于镜面反射点sp的散射点的 个数记为ι% €，且!Iieti = M，m表示散射点的求和指标，进行沿轨迹多普勒补偿平均累 加后可以降低斑点噪声功率，提高信噪比。
[0018] ②在本发明设计的"抑制镜点高动态融合模块"中，在对所得的二维时延多普勒进 行积分平均后，能够有效的降低不同反射区域内的斑点噪声。
[0019] ③在传统接收装置的基础上增加了镜面反射点高动态抑制模块，优化了接收装置 资源以及提高接收装置的性能，使接收装置可以充分利用天线3dB覆盖区域内的导航卫星 反射信号，补偿了由于镜点高动态产生多普勒频移，抑制了镜面反射区域内的斑点噪声，提 高了信号的信噪比。
【附图说明】
[0020] 图1是被动式GNSS的三个组成部分的示意图。
[0021] 图2是GNSS接收机的基带数字信号处理框图。
[0022] 图3是本发明的具有可抑制镜点高动态的相关器的结构框图。
[0023] 图4是在不同采样点非相关累加点数下的海面测高精度仿真效果图。
【具体实施方式】
[0024] 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0025] 星载GNSS-R接收机在高速飞行的低轨卫星上进行工作时，工作的环境、状态以及 位置等许多条件都与地面上工作的GNSS接收机完全不同，这些因素决定了对星载GNSS-R 接收机的技术要求与常规在地面上使用的GNSS接收机有些不同。
[0026] 参见图3所示，本发明设计了一种适用于星载GNSS-R接收机的具有可抑制镜点高 动态的相关器，该相关器包括有直射信号跟踪模块1、时延模块2、抑制镜点高动态控制模 块3、抑制镜点高动态处理模块4、抑制镜点高动态融合模块5、载波补偿模块6和干涉处理 模块7。本发明设计的相关器第一方面用于产生本地复制载波第二方面不需 要产生本地复制码；第三方面是将经过时延多普勒补偿处理后直射信号d和反射信号r进 行干涉处理，从而获得一个镜面反射点在不同采样时间下的多普勒频移，从而抑制了镜面 反射区域内的斑点噪声，提高了信号的信噪比。
[0027] 直射信号跟踪模块1
[0028] 直射信号跟踪模块1用于对数字直射中频信号Rd(t)进行跟踪，其中 #⑴⑴X V⑴X ZT'⑴，<,⑴表示数字直射中频信号的幅度电平，Sd⑴表 示数字直射中频信号的载波，Dd(t)表示数字直射中频信号的测距扩频码。在本发明中，通 过在采样时间t里跟踪使本地复制载波与所述R d (t)的载波Sd (t)具有相同的 多普勒频率和相位。
[0029] 所述^^?4，j表示复数的虚部，t表示当前采样时间点，π表示圆周率，取 值3.14, fd表示本地产生的直射信号的复制频率，表示本地产生的直射信号的复制初 始相位。
[0030] 在本发明中，直射信号跟踪模块1用于对天线接收到的导航直射信号进行载波跟 踪，并提取出本地复制载波，然后利用相干累加对本地复制载波进行相干积分，利用积分一 清除器通过积分低通滤波器来消除相关信号中的高频成分和噪声，以提高信噪比，使相干 积分后的本地复制载波与接收到的导航直射信号具有相同的多普勒频率。然而载波跟踪环 路利用二阶锁频环辅助下的三阶锁相环对相干积分结果进行载波的跟踪，将得到的相位偏 移量作为相位补偿，最终使得复制的本地载波具有与接收到的直射信号相同的频率和相同 的相位。
[0031] 时延模块2
[0032] 本发明中，时延模块2依据时延量τ对数字直射中频信号Rd(t)进行时延，得到 时延后直射信号
[0033] 所述瑞延 〇) = [4 (卜 0 X # 0 -小Drf (卜 Γ)]e-/(2对"〇。
[0034] 在本发明中，利用一个时延量τ (t)对数字直射中频信号Rd(t)进行时延处理，是 为在后续的干涉处理模块中得到与反射信号关联的相关功率。
[0035] 抑制镜点高动态控制模块4
[0036] 参见图3所示，抑制