[发明专利]适用于延迟映射接收机中对反演有效波高和相对高程的获取装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋遥感装置，更特别地说，是一种适用于延迟映射接收机中对反演有效波高和相对高程的获取装置。

背景技术

全球定位系统不仅为空间信息用户提供了导航定位信息，还提供了源源不断的L波段微波信号资源。最近十几年，GPS-R遥感技术得到了迅速发展，通过接收卫星直射信号和海面反射信号，采用相关处理，得到C/A码的相关函数波形，进而进行要素反演，可以用于海面风场反演、海洋盐度测量、海面高程测量、地面湿度区分、地形高度预警等方面。

现有延迟映射接收机或多普勒延迟映射接收机都是由左旋接收天线、右旋接收天线、双射频前端、高速A/D采样器、多通道专用相关器、基带信号处理器、上位机以及相应的接口电路组成，而多通道专用相关器和基带信号处理器一般多采用DSP处理芯片实现，如《测控技术》2006年第25卷第5期中图2所示的延迟映射接收机的系统构成。对反射信号的处理都采用多通道相关器这种时域处理方法，而且大都采取事后处理的方法，而不是实时输出反演要素。对于延迟映射接收机或多普勒延迟映射接收机来讲，直射信号顺次经右旋天线、射频前端、高速A/D转换器后输出直射数字中频信号DDIF；反射信号顺次经左旋天线、射频前端、高速A/D转换器后输出反射数字中频信号RDIF。

快速傅里叶变换(FFT)在处理GPS直射信号的捕获上有所应用，但在处理GPS反射信号上并没有应用，随着大规模FPGA芯片的不断发展，使得FFT在GPS反射信号的处理上能够很好的应用，它能够提高GPS反射信号的处理速度。

发明内容

本发明提出了一种适用于延迟映射接收机中对反演有效波高和相对高程的获取装置，该装置通过在FPGA芯片用Verilog HDL语言设计得到硬件的功效。在本发明中，采用频域处理方法对直射数字中频信号DDIF和反射数字中频信号RDIF进行处理，得到卫星直射信号和海面反射信号的二维相关值(CDCo、CRCo)和二维相关功率值(PDCo、PRCo)；采用干涉复数场处理方法对CDCo、CRCo和ε进行处理，得到海面有效波高SWH；采用峰值跟随处理方法对PDCo、PRCo和ε进行处理，得到延迟映射接收机至海面的相对高程H。

本发明的一种适用于延迟映射接收机中对反演有效波高和相对高程的获取装置，该装置包括直射信号捕获、跟踪及定位模块、二维相关计算模块、有效波高计算模块和相对高程计算模块；

直射信号捕获、跟踪及定位模块用于产生载波频率CANO、码相位CDNO、导航定位解Psv和卫星高度角ε；其中，载波频率CANO、码相位CDNO、导航定位解Psv输出给二维相关计算模块，卫星高度角ε分别输出给有效波高计算模块和相对高程计算模块；

二维相关计算模块中采用频域处理方法的具体步骤如下：

直射数字中频信号DDIF输入到数据存储A中存储1ms；

直射信号捕获、跟踪及定位模块输出的直射信号载波频率信号CANO输入到载波发生器中，载波发生器受多普勒频移dop控制，输出附加多普勒频移的载波信号CANO1，该CANO1信号分别经正弦sin和余弦cos运算后，输出水平分量IC、垂直信号分量QC；

所述水平分量IC与数据存储A中存储1ms直射信号数字中频信号DDIF进行乘法运算，得到去除了载波的直射基带信号水平分量IDB；

所述垂直信号分量QC与数据存储A中存储1ms直射信号数字中频信号DDIF进行乘法运算，得到去除了载波的直射信号垂直分量QDB；

变换器A将直射基带信号水平分量IDB和直射信号垂直分量QDB合成复数形式后进行FFT变换输出直-频域信号FIQDB；

直射信号捕获、跟踪及定位模块输出的直射信号码相位信号CDNO输入到数据存储C中存储1ms；存储1ms的CDNO在变换器C中进行FFT变换和取共轭操作得到码相位频域信号FIQC；

所述直-频域信号FIQDB与码相位频域信号FIQC进行乘法运算后，输出结果直-频域相关信号FD；

所述直-频域相关信号FD在逆变换器A中进行进行快速傅里叶逆变换处理得到直-时域相关信号TD输入到数据存储D；

在截取器A中所述的直-时域相关信号TD受到码延迟相位控制CP，截取设定延迟范围内的直-二维相关信号TDC；

在相干叠加器A中对直-二维相关信号TDC进行相干叠加运算得到叠加后的直-二维相干信号CoD；