[发明专利]基于双圆极化相控阵天线模型提高GNSS-R天线增益的方法

说明书

本发明公开了一种基于双圆极化相控阵天线模型提高GNSS‑R天线增益的方法，包括：构建双圆极化相控阵天线模型；确定GNSS卫星发射信号功率P_t、GNSS卫星发射天线增益G_t和GNSS‑R卫星天线的效率η；根据P_t、G_t和η，通过双圆极化相控阵天线模型，解算得到第一信噪比和第二信噪比对和进行积分处理，得到融合信噪比SNR_iR；根据融合信噪比SNR_iR，解算得到测高精度σ_iR；根据测高精度σ_iR，解算得到镜面反射点处的地表海拔高度。本发明在不影响覆盖的前提下，有效地提高了GNSS‑R天线的增益，为未来高精度和高空间分辨率GNSS‑R海面测高验证星提供了天线设计理论方法和关键技术支持。

技术领域

本发明属于卫星测高学、电子信号学等交叉技术领域，尤其涉及一种基于双圆极化相控阵天线模型提高GNSS-R天线增益的方法。

背景技术

作为一种微波遥感新技术，全球导航卫星系统反射法(GNSS-R)具有信号源丰富、成本低、功耗低，可全天时、全天候进行测量的优点。自1993年Martin-Neira首次提出PARIS(PAssive Reflectometry and Interferometric System)概念以来，大量的理论和实验研究已对GNSS-R测量技术的可行性进行了验证。2010年，Larson等开展了地基GNSS-R测量，得到了表层土壤湿度信息。2012年，Egido等将地基GNSS-R技术应用于农业遥感领域，其测量结果可反演出地表的粗糙度、土壤水分、植被发育状况等信息。Katzberg等(2005)和Carreno-Luengo等(2015)在空基飞行平台上开展了GNSS-R研究工作，得到了相应的遥感信息。2001-2005年，Beyerle等(2001，2002)、Lowe等(2002)、Gleason等(2005)先后在低轨星载GNSS-R平台中检测到GPS反射信号，进一步验证了星载GNSS-R的可行性。此外，GNSS-R的研究热点领域是进行海面测高，1997和2002年，Martin-Neira先后提出了利用GNSS-R码相位以及载波相位用于海面测高的理论和方法。2011年，Martin-Neira等提出了GNSS-R载波干涉测高技术，证明所获得的海面高度信息适用于中尺度海洋观测技术。同年，Semmling等、Larson等先后成功使用GNSS-R观测数据对海面高度进行测量。

目前，GNSS-R海面测高技术的可行性已经得到了验证，进一步改善测高精度是实现其应用的关键。高精度GNSS-R海面测高数据能够有效改善其反演的海洋物理模型精度，对于精细化研究海洋运动具有重要意义。钱学森空间技术实验室天空海一体化导航与探测团队(http://www.qxslab.cn/ndia/)开展了基于星载GNSS-R测量手段获取高精度海洋重力场，进而提高水下重力匹配导航精度的理论方法和关键技术的前瞻性研究。基于星载GNSS-R技术获取高精度的海面高度是关键技术之一。

目前已实现的GNSS-R散射任务主要采用传统单元天线法，典型的地基GNSS-R系统的双站雷达模型如图1所示，接收机需要同时接收GNSS卫星的直射信号与地球表面反射的信号。其中，GNSS卫星反射的直射信号为右旋圆极化(RHCP)；而反射信号主要为左旋圆极化(LHCP)，同时还有少量的右旋圆极化分量。GNSS-R接收机通常装配有两个天线：一个接收直射的右旋信号，另一个接收反射的左旋信号。为了简化GNSS-R系统结构并且提高系统性能，Katzberg等提出了同时具有左旋和右旋圆极化性能的天线。