[发明专利]基于测量型GNSS接收机的海面风速测量方法

说明书

本发明公开了一种基于测量型GNSS接收机的海面风速测量方法，包括步骤：(1)选定方位角和高度角范围；(2)利用二次拟合方法剔除信噪比序列的趋势项；(3)建立影响截至高度角的参数与风速之间的关系；(4)建立截至高度角变化量与风速之间的关系；(5)利用小波分析处理残余信噪比序列，捕捉信噪比的多径消失的截至高度角参数；(6)根据小波谱图进行数据检查，剔除质量较差的参数；(7)计算截至高度角变化量；(8)根据截至高度角变化量推算风速。本发明能够实现全自动、小成本、长期连续、有稳定框架支持的海面风速监测性能；利用现有的布设在岸边或海洋中的GNSS连续跟踪站，无需额外投入，就能完成测风工作。

技术领域

本发明涉及海面风速测量方法，尤其涉及一种基于测量型GNSS接收机的海面风速测量方法。

背景技术

海面风速的测量对于海洋环境数值预报、海洋灾害监测、海气相互作用、气象预报、气候研究等都具有重要意义。常规的海面风速资料主要通过船舶、海上浮标、沿岸和岛屿气象台站来测量获得，资料受限于站点数量。除了常规测量，卫星遥感技术起到了重要补充作用—微波散射计、高度计、SAR等，然而遥感测风具有精度不高、重返周期长、无法获得近岸风速信息等缺点。

随着全球导航卫星系统(Global navigation satellite systems,GNSS)的不断发展，过去被认为是误差源的多路径效应，已经被证实可以用来监测反射面物理参数。GNSS接收机在捕获信号过程中，除了直射信号，也会捕获到反射信号。不同的反射面会造成不同的反射信号，根据反射信号特性可以反推反射面的物理特性。目前，基于测量型GNSS接收机，已经实现了对水位、雪深、植被指数、土壤湿度等相关参数的监测。而基于特制的双天线型接收机也被证实可以对海面风速、土壤湿度、冰区范围、水面等相关参数进行监测；并且有已经有搭载双天线接收机的卫星群播发，该卫星群被设计用来探测海风。目前，基于双天线GNSS接收机的海面风速探测技术已经相对成熟；然而，现在还没有相关方法，能够使常规大地测量型GNSS接收机实现海风监测。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种实现全自动、小成本、长期连续、有稳定框架支持的海面风速监测性能的基于测量型GNSS接收机的海面风速测量方法。

技术方案：本发明的海面风速测量方法，包括步骤如下：

(1)选定方位角和高度角范围；

(2)利用二次拟合方法剔除信噪比序列的趋势项；

(3)确定影响截止高度角变化的因素，建立截至高度角参数与风速之间的关系；

(4)建立截至高度角变化量与风速之间的关系；

(5)利用小波分析处理残余信噪比序列，捕捉信噪比的多径消失的截至高度角参数；

(6)根据小波谱图进行数据检查，剔除质量较差的参数；

(7)计算截至高度角变化量；

(8)根据步骤(7)中得到的截至高度角变化量推算风速。

进一步，步骤(1)中，根据接收机天线周围的环境状态选择高度角和方位角区间，确保区间内的信号反射区是海面。

进一步，步骤(2)中，利用二次拟合方法获取信噪比序列的趋势项，并从中剔除趋势项；在不考虑噪声的情况下，剔除趋势项后的残余项为：

其中，h为反射面到天线相位中心的高度；λ为信号波长；k＝2π/λ；d是衰减因子；e为高度角，Amp为振幅。

进一步，步骤(3)中，根据截至高度角e_cutoff与海面粗糙度σ_h相关，关系式为：