[发明专利]一种GNSS干涉测高中消除直流分量的系统及方法

说明书

本发明公开了一种GNSS干涉测高中消除直流分量的系统及方法，所述系统包括：AD采集模块、设置在FPGA上的累加计算模块和设置在ARM上的直流去除模块；所述AD采集模块，用于将GNSS卫星直射中频和反射中频信号进行复数采样，获得直射I路采样信号、直射Q路采样信号、反射I路采样信号和反射Q路采样信号；所述累加计算模块，用于对四路采样信号进行统计求和、复数相关和积分累加计算；将计算结果信号输入直流去除模块；所述直流去除模块，用于对计算结果信号消除直流成分，由此获得消除直流成分的积分结果信号。本发明的系统能够实现实时的数字中频信号的直流分量去除，不需要硬件电路更动。

技术领域

本发明属于GNSS干涉测高技术领域，涉及一种GNSS干涉测高中消除直流分量的系统及方法。

背景技术

经典高度测量方法是主动式测量，原理是测试设备主动发送脉冲信号，通过测量反射信号相对直射信号的时间延迟进而计算设备距离水面(地面)的距离。该方法的优点是测量精度高，可达到毫米级精度，但是缺点也比较突出，需要主动发射信号，需要测试设备具有较强的信号发射功率，并且同一时刻只能得到一次观测数据，利用GNSS信号测高的方法不需测试设备主动发送信号，而是被动接收GNSS卫星信号，接收机(测试设备)功耗大大降低，并且接收机可同时接收N个GNSS卫星的直射和反射信号，同一时刻可获取N个观测数据，大大提高测试结果的可信度和高度测量的准确度，图1为两种测高方法对比。

目前可被利用的GNSS导航系统包括：中国北斗导航系统、美国GPS导航系统、欧盟伽利略导航系统，还包括许多星基增强系统。GNSS卫星数量的大幅提升会进一步增加接收机可见卫星数量，从而大大提高高度测量精度。

利用GNSS信号测量高度原理是：接收机配置2个天线，分别接收GNSS卫星直接发送的信号(直射信号)和被水面(地面)反射过来的信号(反射信号)，两个天线的相位中心已知，本地生成卫星复制码分别与直射信号和反射信号进行相关，得到DM(Delay-Map)相关波形，测量反射相关峰相对于直射相关峰之间的距离，进而计算出反射信号相对直射信号的路径延迟，结合接收机、GNSS卫星和镜面反射点的几何构型，计算接收机距离水面(地面)的距离。因此，相关波形极大值点位置精度决定了最终高度精度，根据信号相关特性，码速率越高，相关波形越陡峭，峰值点的精确度越高，测高精度越高。

本地复制码方法的优点是允许反射信号具有较低的信号功率电平，缺点也比较明显：本地复制码方法需要复制码是授权公开的，例如GPS L1C/A码(码速率1.023Mbps)，然而GNSS卫星除了调制了公开码型外，还同时调制了多种码速率更高的未授权码，称之为精码。例如，GPS的L1频点上调制了C/A码、P码、M码，其中，P码和M码是军码，具有更高的码速率，由于码型未知无法使用，其他GNSS卫星也存在未公开的高速率的未授权码。

针对本地复制码的缺陷，提出了GNSS干涉测高方法，即直射和反射信号直接相关生成相关峰，该方法的优势是无需知道频点中的各个码型，所有高速和低速率的码型均参与相关运算，称为混合码相关，图2展示了L1频点混合码相关和L1/CA码相关的仿真结果对比，图中看，混合码相关最大限度了利用了高码速率码形成陡峭的相关波形带来的测量优势，大大提高了高度测量精度。虽然GNSS干涉相关方法测高精度高，但对输入信号要求较高：

1、直射和反射信号均需要较强的信噪比；

2、直反两路信号中不能包含时钟带来的单频谐波干扰；

3、直反两路信号中不能包含直流信号。

第一条可以使用高增益的阵列天线提升信号的信噪比，技术较为成熟，第二条需要射频设计的保证，通过设计基准时钟和中频频率，可以使时钟带来的谐波干扰信号排斥在中频宽带之外，设计时亦比较容易实现。然而，完全消除信号中的直流分量在工程实现中比较困难。