一种基于GNSS-R载波相位的海冰检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于GNSS

【技术实现步骤摘要】
一种基于GNSS
‑
R载波相位的海冰检测装置及方法


[0001]本专利技术涉及海洋监测
，特别是涉及一种基于GNSS
‑
R载波相位的海冰检测装置及方法。

技术介绍

[0002]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
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R(Global Navigation Satellite system
‑
Reflected)技术通过采用岸基、机载以及空载的特殊接受设备接受GNSS直射信号和以及经反射面散射的回波信号，通过协同处得到反射面内时延多普勒单元对应的反射信号相关功率，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。
[0003]目前，应用最广泛的海冰检测手段主要有三种：目测法、器测法以及遥测法；目测法是眼睛对海冰进行检测，此方法不能对海冰进行长时间、大范围的持续观测；器测法通过测量工具和仪器对海冰进行检测，但观测的数据范围较小；遥测法利用遥感手段对海冰进行检测，成本较高。
[0004]因此，基于上述现有技术，亟需一种新的海冰检测方法以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于GNSS
‑
R载波相位的海冰检测装置及方法，能够有效的提升海水和海冰的识别率。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种基于GNSS
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R载波相位的海冰检测装置，包括：GNSS直射天线、GNSS反射天线、导航信号处理模块、海冰检测模块、无线传输模块、无线通信天线以及防护机箱；
[0008]所述GNSS直射天线垂直向天顶方向架设；所述GNSS直射天线用于接收导航卫星的直射信号；
[0009]所述GNSS反射天线朝着待观测海面斜向下架设；所述GNSS反射天线用于接收经海面反射的导航卫星的反射信号；
[0010]所述导航信号处理模块分别与所述GNSS直射天线和所述GNSS反射天线连接；所述导航信号处理模块用于捕获、跟踪以及定位所述直射信号，得到导航信息；所述导航信号处理模块还用于开环跟踪所述反射信号，得到不同时延下的复数相关值；所述导航信息包括：位置数据、时间数据以及每颗可见导航卫星的仰角和方位角；
[0011]所述海冰检测模块与所述导航信号处理模块连接；所述海冰检测模块用于根据不同时延下的复数相关值确定载波相位信息，并根据所述载波相位信息进行海冰检测，得到检测结果；所述载波相位信息与海冰相关；
[0012]所述无线传输模块与所述海冰检测模块连接；所述无线传输模块用于将所述检测结果以无线通信的方式传输至远程服务器；
[0013]所述无线通信天线与所述无线传输模块连接；所述无线通信天线用于为所述无线
传输模块提供无线信号的接收和发送；
[0014]所述防护机箱内置所述导航信号处理模块、所述海冰检测模块以及所述无线传输模块。
[0015]可选的，所述导航信号处理模块包括：射频前端和基带处理单元；
[0016]所述射频前端分别与所述GNSS直射天线以及所述GNSS反射天线连接；所述射频前端用于对所述直射信号和所述反射信号进行采样量化，得到数字中频信号；所述数字中频信号包括直射中频信号以及反射中频信号；
[0017]所述基带处理单元为DSP和FPGA混合架构，并与所述射频前端连接；所述基带处理单元用于对所述直射中频信号进行捕获、跟踪以及定位，得到导航信息，得到导航信息；并用于将反射中频信号与本地多路复制信号进行运算得到不同时延下的复数相关值。
[0018]可选的，所述基带处理单元包括：FPGA处理器和DSP处理器；
[0019]所述FPGA处理器与所述射频前端连接；所述FPGA处理器用于完成本地载波与PRN码的生成，对所述数字中频信号进行运算；
[0020]所述DSP处理器分别与所述射频前端以及所述FPGA处理器连接；所述DSP处理器用于完成所述直射中频信号捕获、跟踪以及环路判定，并对所述FPGA处理器中的本地载波与伪码的生成进行控制，提取导航电文进行定位解算，配置反射通道。
[0021]可选的，所述FPGA处理器包括：锁存子单元与中继子单元；
[0022]所述锁存子单元与所述射频前端连接；所述锁存子单元用于对所述数字中频信号进行缓存与重编码，并将重编码后的直射信号以及重编码后的反射信号分别输入到直射通道和反射通道；
[0023]所述中断子单元采用计数器的方式生成1ms的积分清零信号，并用于进行直射通道和反射通道内结果累加，得到更新后的信号，进而将更新后的信号通过GPIO接口输入到DSP处理器中，激活DSP处理器中断程序，执行通道状态更新运算。
[0024]可选的，所述直射通道采用直接数字频率合成的方式生成两路相位相差90
°
的本地载波，并与所述直射中频信号进行混频，得到同向和正交两路信号。
[0025]可选的，所述反射通道对所述反射中频信号进行载波剥离，产生时延PRN码，获得不同时延下的复数相关值。
[0026]可选的，所述GNSS直射天线采用右旋圆极化天线。
[0027]可选的，所述GNSS反射天线采用左旋圆极化天线。
[0028]一种基于GNSS
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R载波相位的海冰检测方法，应用于所述的一种基于GNSS
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R载波相位的海冰检测装置；包括：
[0029]获取导航卫星的直射信号以及经海面反射的导航卫星的反射信号；
[0030]利用射频前端对所述直射信号和所述反射信号进行采样量化，得到数字中频信号；所述数字中频信号包括直射中频信号以及反射中频信号；
[0031]对所述直射中频信号进行捕获、跟踪以及定位，得到导航信息，得到导航信息；所述导航信息包括：位置数据、时间数据以及每颗可见导航卫星的仰角和方位角；
[0032]将所述导航信息直接引入直射通道中生成的载波和码，实现直射信号复用；
[0033]反射通道通过倍频器获得码片延迟控制时钟，得到不同码时延的信号，并与反射通道中频信号进行载波剥离和伪随机码相关，得到不同时延下的复数相关值；
[0034]根据不同时延下的复数相关值确定载波相位信息，并根据所述载波相位信息进行海冰检测，得到检测结果。
[0035]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0036]本专利技术所提供的一种基于GNSS
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R载波相位的海冰检测装置及方法，通过GNSS直射天线和GNSS反射天线对应接收导航卫星的直射信号以及接收经海面反射的导航卫星的反射信号，即采集的GNSS导航卫星信号源丰富，无需发射机、设备体积小造价低，便于无人机搭载；并且利用海冰和海水反射信号相位的差异来识别海面类型，相比于传统的直反功率比识别法，对射频前端性能要求低；所述海冰检测模块根据不同时延下的复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于GNSS
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R载波相位的海冰检测装置，其特征在于，包括：GNSS直射天线、GNSS反射天线、导航信号处理模块、海冰检测模块、无线传输模块、无线通信天线以及防护机箱；所述GNSS直射天线垂直向天顶方向架设；所述GNSS直射天线用于接收导航卫星的直射信号；所述GNSS反射天线朝着待观测海面斜向下架设；所述GNSS反射天线用于接收经海面反射的导航卫星的反射信号；所述导航信号处理模块分别与所述GNSS直射天线和所述GNSS反射天线连接；所述导航信号处理模块用于捕获、跟踪以及定位所述直射信号，得到导航信息；所述导航信号处理模块还用于开环跟踪所述反射信号，得到不同时延下的复数相关值；所述导航信息包括：位置数据、时间数据以及每颗可见导航卫星的仰角和方位角；所述海冰检测模块与所述导航信号处理模块连接；所述海冰检测模块用于根据不同时延下的复数相关值确定载波相位信息，并根据所述载波相位信息进行海冰检测，得到检测结果；所述载波相位信息与海冰相关；所述无线传输模块与所述海冰检测模块连接；所述无线传输模块用于将所述检测结果以无线通信的方式传输至远程服务器；所述无线通信天线与所述无线传输模块连接；所述无线通信天线用于为所述无线传输模块提供无线信号的接收和发送；所述防护机箱内置所述导航信号处理模块、所述海冰检测模块以及所述无线传输模块。2.根据权利要求1所述的一种基于GNSS
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R载波相位的海冰检测装置，其特征在于，所述导航信号处理模块包括：射频前端和基带处理单元；所述射频前端分别与所述GNSS直射天线以及所述GNSS反射天线连接；所述射频前端用于对所述直射信号和所述反射信号进行采样量化，得到数字中频信号；所述数字中频信号包括直射中频信号以及反射中频信号；所述基带处理单元为DSP和FPGA混合架构，并与所述射频前端连接；所述基带处理单元用于对所述直射中频信号进行捕获、跟踪以及定位，得到导航信息，得到导航信息；并用于将反射中频信号与本地多路复制信号进行运算得到不同时延下的复数相关值。3.根据权利要求2所述的一种基于GNSS
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R载波相位的海冰检测装置，其特征在于，所述基带处理单元包括：FPGA处理器和DSP处理器；所述FPGA处理器与所述射频前端连接；所述FPGA处理器用于完成本地载波与PRN码的生成，对所述数字中频信号进行运算；所述DSP处理器分别与所述射频前端以及所述FPGA处理器连接；所述DSP处理器用于完成所述直射中频信号捕获、跟踪以及环路判定，并对所述FPGA处理器中的本地载波与伪码的生成进行控制，提...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东凯，张国栋，王峰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：