[发明专利]一种基于GNSS‑R的海面目标双星定位方法

说明书

技术领域

本发明属于海面目标定位技术领域，具体涉及一种基于GNSS-R的海面目标双星定位方法。当海面探测区域内出现大型目标时，通过星载接收机接收当前时刻的反射信号，提取两颗及以上卫星在该区域的时延多普勒等信息，建立海面目标双星定位模型，在该模型基础上，求出海面目标的位置。由于该算法利用时延值和多普勒频移值去计算镜点与二维相关功率最大值处的距离，因此两颗卫星即可以对海面目标进行定位探测，其中海面目标的船只位置以经纬度形式表示，并利用同时段两颗以上的卫星，使用模型中提供的多星优化算法对利用两颗卫星得到的位置信息进行优化计算，得出目标出现位置最优解。

背景技术

GNSS-R(GNSS-Reflections或GNSS-Remote Sensing)技术是自上世纪90年代以来逐渐发展起来的一个新型分支，是国内外遥感探测和导航技术领域研究热点之一。当卫星信号经过反射面反射后，反射信号波形的变化、极化特征的变化，幅值、相位和频率等参量的变化都直接反映了反射面的物理特性，或者说直接与反射面相关。由于不同的等延迟线和等多普勒线将反射区域划分特定时延值和多普勒频率值得单个区域，通过设定不同时间延迟和多普勒频移的范围和间隔，就可确定观测区域和分辨单元的大小，，通过GNSS-R硬件接收机对接收反射信号并对反射信号中时延、多普勒和镜点等信息进行计算并提取来分析反射区域特性及海面目标位置。然而，传统的海面目标定位需要利用四颗及以上卫星，步骤较为繁琐。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于GNSS-R的海面目标双星定位方法。本发明通过设计GNSS-R海面目标双星定位算法，利用两颗及两颗以上导航卫星实现海面目标的定位，简化利用四颗及以上卫星进行海面目标定位的结算步骤，提高GNSS-R在海面目标探测领域的实用性。

本发明的技术方案是：星载接收机同时接收在反射天线覆盖区域内的所有卫星经海面目标的反射信号，并分别对其进行时延多普勒二维相关功率值进行计算，提取其中两颗卫星的二维相关最大值对应的时延τ_Max和多普勒f_Max，同时，利用星载接收机中解算得出的卫星位置和接收机位置，建立每颗卫星的镜点几何模型，并求出对应于每颗卫星的镜点位置(X_Sp，Y_Sp)。根据最大值点于镜点值之间对应的时延值和多普勒值插值，得出其距离，然后根据双星定位模型即可对海面目标进行求解。

本发明一种基于GNSS-R的海面目标双星定位方法，其具体步骤如下：

步骤一：星载接收机平台R_p接收其反射天线覆盖范围之内的所有卫星的反射信号，选其中两颗作为计算海面目标位置的数据源，记为Sat₁和Sat₂，并对接收机平台对应Sat₁和Sat₂两颗卫星的时延多普勒最大相关值P_Max1、P_Max2进行提取存储。

步骤二：对步骤一中得到的Sat₁和Sat₂最大时延多普勒相关值进行时延值和多普勒频率值提取，对应于P_Max1的时延值记为τ_Max1，多普勒频率值记为f_Max1，对应于P_Max2的时延值记为τ_Max2，多普勒频率值记为f_Max2。

步骤三：根据步骤一中星载接收机接收到的Sat₁和Sat₂的卫星信号，解算出Sat₁与Sat₂卫星和星载接收机的位置，根据镜点位置的计算方法，求出镜点位置的经纬度。对应卫星Sat₁的镜点分别Sp₁(Sp_Lon1，Sp_Lat1)，对应卫星Sat₂的镜点分别Sp₂(Sp_Lon2，Sp_Lat2)。其中L_s为经度，B_s为纬度，当且仅当ρ_R(L_s，B_s)取最小值时，(X_s，Y_s，Z_s)为其镜面点，(L_s，B_s)为表面经纬度。