[发明专利]多路GPS信号P（Y）码相位差的测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种相位码的测量，更具体地说，是指一种利用导航卫星的直射信号代替本地信号与反射信号进行互相关运算，利用互相关结果进行多路GPS信号P(Y)码相位差的估计，进而将估计的结果应用在海面高度测量、海面风场反演、飞行器测姿、形变监测等等应用方面。

背景技术

近年来，基于全球导航卫星系统反射信号的微波遥感技术以其全天候、全天时、多信号源、宽覆盖、高时空分辨率等应用优势，在遥感领域展现出广阔的应用前景。迅速发展起来的GPS测量技术使传统大地测量学的面貌焕然一新，给测绘领域带来一场深刻的技术革命。GPS测量技术是在海、陆、空任意测站点，通过天线连续接收GPS卫星的直射或者反射信号，并计算测站点的三维坐标、海拔高度、运动载体的三维速度及时间等。

目前在该技术领域一般采用GPS接收机设备完成，在GPS接收机中由于C/A码周期短，实现相关算法方便，很多研究人员已经通过测量多路GPS信号的C/A码相位差来进行海面高度测量。在岸基实验方面，Martin-Neira等人在最早进行的大桥实验中对直射信号和反射信号分别进行处理，在仅利用C/A码相位的情况下达到了3m的测高精度；Treuhaft等人在火山口湖实验中利用本地信号与直射和反射信号进行相关运算，利用非线性参数估计的方法提取了直射和反射信号的载波相位差，并在1s时间内进行平均，获得了2cm的测高精度；Ruffini等人和Rivas等人分别在海港中平静海面的条件下利用码信号的载波相位获得3.1cm和5cm的测高精度。在机载实验方面，Lowe在实验中获得了60cm的测高精度，并认为长时间的平均可使测高精度提高至5cm量级。

通过上述实验，可见利用C/A码来进行多路GPS信号相位差的测高精度并不高。针对上述问题，本发明提出一种利用直射信号与反射信号互相关的海面测高方法，该方法利用GPS信号结构和特点，对直射信号的同相（包含C/A码）分量和正交（包含P(Y)码）分量进行正交分离，采用正交分离后的直射信号代替本地信号与反射信号分别进行相关运算，利用互相关结果进行多路GPS信号的相位差估计，从而实现接收机所在位置距离反射面的高度测量。该系统避免了反射信号处理中本地信号的产生，降低了接收设备的复杂度，并利用具有更高扩频增益的P(Y)码信号提高了相位差的估计精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种多路GPS信号P（Y）码相位差的测量系统，该系统通过在FPGA芯片上用Verilog HDL语言设计得到硬件的功效。在本发明中，采用时域伪码串行载波串行的捕获跟踪方法对直射数字中频信号进行捕获跟踪；采用阵列乘法器进行多路直射数字基频信号和反射数字基频信号的相关功率值的运算；采用跟踪峰值方法对多路不同延时的直射数字基频信号和反射数字基频信号的相关功率值进行峰值检测处理；并根据海面反射的空间几何关系对直射信号和反射信号之间的距离差和卫星高度角进行处理，得到信号处理平台至反射面的相对高程。

本发明的一种多路GPS信号P（Y）码相位差的测量系统，该测量系统包括有直射信号捕获跟踪模块（10）、阵列乘法器模块（20）、高度测量模块（30）；

直射信号捕获跟踪模块（10）用于对直射数字中频信号s_D-IF(n)进行捕获、跟踪及导航电文的解调，得到载波频率控制字F_CW，反射卫星高度角ε，反-直延迟值N，直-基正交s_D-BB-P(n)，直-基同相s_D-BB-C(n)；其中，反射卫星高度角ε输出给高度测量模块（30）；载波频率控制字F_CW、直-基正交s_D-BB-P(n)、直-基同相s_D-BB-C(n)、反-直延迟值N分别输出给阵列乘法器模块（20）；

阵列乘法器模块（20）利用多路延迟器阵列对反射数字中频信号s_R-IF(n)、直-基正交s_D-BB-P(n)和直-基同相s_D-BB-C(n)进行处理，得到直-基正交互相关功率值X_P(τ_n)和直-基同相互相关功率值X_C(τ_n)，并输出到高度测量模块（30）；

高度测量模块（30）包括反-基正交功率值曲线拟合模块（304）、反-基同相功率值曲线拟合模块（305）、P（Y）码峰值检测模块（302）、C/A码峰值检测模块（303）、高度计算模块（301）；