[发明专利]一种基于双基散射矢量海面高程模型镜面反射点估计方法

说明书

本发明涉及一种基于双基散射矢量海面高程模型镜面反射点估计方法，包括：输入接收机位置、GNSS卫星位置和DTU10海面高度，输出镜面反射点位置。基于最速梯度下降算法和信号最短传输路径理论，通过在最速梯度下降的方向上找到镜面反射点，使其满足反射信号传输路径最短的方法来估计镜面反射点位置，本发明通过双基散射矢量的单位差分公式建立最速梯度下降策略和DTU10海面平均高度的数据高程模型计算得到星载GNSS‑R几何关系中的镜面反射点位置，具有迭代次数少、运算时间短、估计精度高的优点。

技术领域

本发明涉及一种星载GNSS-R镜面反射点估计方法，具体而言就是一种利用双基散射矢量的最速梯度下降算法进行迭代计算，并加入DTU10海面数字高程模型进行校准的星载GNSS-R镜面反射点估计方法。

背景技术

利用GNSS反射信号进行海洋遥感是卫星遥感技术的新型技术之一，具有信源多，重量轻，扩频处理，应用面宽等优势。GNSS-R(Global Navigation Satellite system-Reflected)技术通过采用岸基、机载以及空载的特殊接收设备接收GNSS直射信号和以及经反射面散射的回波信号，通过协同处理得到反射面内时延多普勒单元对应的反射信号二维相关功率，然后通过一定的反演方法得出地球表面散射面的物理参数信息。

GNSS-R接收机接收到的反射信号的时间延迟和多普勒频移的不确定性很大，通过预先确定时间延迟和多普勒频移的方法可以实现反射信号的快速跟踪。在GNSS-R接收机内根据导航星历文件和接收机的导航定位解实时的估计镜面反射点，得到闪耀区的延迟范围和多普勒范围，能极大的缩小信号的搜索范围和跟踪时间。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种星载GNSS-R镜面反射点估计方法，该算法可以更精确的估计镜面反射点位置信息。本发明通过最速梯度下降的迭代算法以及信号最短传输路径思想，利用接收机位置、GNSS卫星位置、以及DTU10海面高度对镜面反射点位置进行更精确的估计。

本发明的技术方案是：一种基于双基散射矢量海面高程模型镜面反射点估计方法，输入接收机位置、GNSS卫星位置和DTU10海面高度，输出镜面反射点位置。基于最速梯度下降算法和信号最短传输路径理论，通过在最速梯度下降的方向上找到镜面反射点，使其满足反射信号传输路径最短的方法来估计镜面反射点位置。具体包括如下步骤：

步骤1、采用输入模块A1接收接收机位置信息R和GNSS-R卫星位置信息T，并根据在地球上的投影点计算出初始的镜面反射点估计S₁；

其中，r(θ)返回的是在WGS84坐标系下，纬度为θ时的地球半径；R_z为接收机位置矢量在WGS84坐标系Z轴上的投影长度；

步骤2、采用参数计算模块A2来根据输入模块A1的位置信息计算得到双基散射矢量q(S₁)和法线矢量n(S₁)；选择点积法建立合适的梯度函数，计算得到梯度根据经验增益K往最速梯度下降的方向校正得到下一个临时点S'，再将临时点S'映射到WGS84坐标系中得到估计点S_n+1,计算参数的步骤如下：

其中，n＝1,2,3…，为迭代的次数；和分别是归一化的双基散射矢量和法线矢量；S'_z为临时镜面反射点S'矢量在WGS84坐标系Z轴上的投影长度；

步骤3、采用判决模块A3根据校正的幅度决定是否停止迭代，当幅度小于预定阈值便停止迭代，得满足条件的到镜面估计点S，反之则将S_n+1输入到参数计算模块A2进行下一次迭代；采用无约束校正投影到当前估计点的表面的切平面上后再进行迭代以降低迭代次数；