[发明专利]一种GNSS-R遥感中镜面反射点快速确定方法

说明书

本发明公开了一种GNSS‐R镜面反射点的快速确定方法。它可以应用于GNSS‐R信号接收时，计算反射信号的镜面反射点位置。首先，根据GNSS‐R的几何特征粗略确定镜面反射点的位置，减少了后续迭代搜索时间；然后根据镜面反射点的路径最短的特征，获取在角平分线上的校正方向，以角平分线长作为校正步长，通过迭代搜索实现镜面反射点的精确位置确定；最后通过检验入射角与反射角是否相等，确定镜面反射点位置。

技术领域

本发明属于全球卫星导航系统反射信号遥感及监测应用领域，具体提出了全球卫星导航系统反射信号接收机测量中GNSS-R镜面反射点的快速确定方法。

背景技术

全球导航卫星系统已广泛应用于世界各个国家和地区的定位、导航和定时服务。近年来，人们认识到卫星导航的反射和散射信号可以作为遥感信号源，这种新技术被称为全球卫星导航反射信号(Global Navigation Satellite System Reflectometry,GNSS-R)。该技术具有以下优点：无需架设发射器、信号源丰富、覆盖面宽、成本较低、时间空间分辨率高等。GNSS-R可应用于海面高度、海面风速、海水盐度、海冰、土壤湿度、移动目标探测等遥感测量。

当卫星导航信号与海面或地球表面相遇时，会发生两种情况：在光滑反射面发生的镜面反射和在粗糙反射面产生的散射。镜面反射点位于地球表面，在所有可能的反射路径(发射机——地球表面上的点——接收机)中，发射机——镜面反射点——接收机是最短路径。镜面反射点被用作测量和建模应用的主要参考点，特别是在海洋监测中。当搜索和捕获GNSS-R信号时，镜面反射点是估算多普勒频移和码相位延迟的参考点：以镜面反射点为参考中心点，映射码延迟和多普勒频移。镜面反射点是海洋感测模型的基本参考框架，镜面反射点的精确快速确定对空间反射信号接收机的快速采集弱信号有显着影响，同时影响着之后的建模精度，从而影响最终的测量精度。镜面反射点位置确定主要有两种方法：一是基于几何关系，通过迭代修正角度获得镜面反射点的位置；另一种是基于向量共线的思想，在搜索方向上不断迭代搜索，直到镜面反射点向量和搜索方向向量共线。基于几何关系的方法迭代次数少，运算时间短，但因为采用的是地球圆模型，获得的镜面反射点位置精度不高，之后还需进一步修正；基于向量共线的方法精度高，但迭代次数过多，运算时间长，收敛速度慢。

发明内容

本发明的目的是提供一种GNSS-R镜面反射点的快速确定方法。它可以应用于GNSS-R信号接收时，计算反射信号的镜面反射点位置。首先，根据GNSS-R的几何特征粗略确定镜面反射点的位置；然后根据镜面反射点的路径最短的特征，获取在角平分线上的校正方向，以角平分线长作为校正步长，通过迭代搜索实现镜面反射点的精确位置确定；最后通过检验入射角与反射角是否相等，确定镜面反射点位置。本发明GNSS-R镜面反射点的快速确定方法包括以下步骤：

步骤一：粗略确定镜面反射点的位置

在WGS84坐标系中，获取的接收机位置R、卫星位置T、接收机高度H_r，卫星的高度H_t，根据卫星导航反射信号的几何关系，粗略估计镜面反射点S的位置，采用如下计算公式：

其中其中，根据WGS84模型，地球的半径计算如下：

其中其中a_WGS84＝6378137米和e_WGS84＝0.08181919084264分别是WGS84地球大地水准面的长半径和偏心率。

步骤二：迭代搜索镜面反射点的精确位置

根据镜面反射点的特性，其反射路径是最小路径，对进行偏导可得将的单位向量作为校正方向，校正方向计算公式如下：

其中

以角平分线长度|SM_temp|作为校正步长K，计算公式如下：