[发明专利]一种GNSS直反射信号载波干涉测量湖泊水位的装置

说明书

本发明公开了一种GNSS直反射信号载波干涉测量湖泊水位的装置。该装置中，双频右旋圆极化天线接收导航系统中N颗卫星的直射信号；导航系统包括GPS卫星导航系统和北斗卫星导航系统；双频左旋圆极化天线接收经待测湖泊的湖面反射的导航系统的反射信号；双模导航模块产生定位信息；四通道射频前端对直射信号和反射信号进行转换得到四路数字中频信号；多通道直/反协同处理模块根据定位信息对四路数字中频信号进行干涉处理，得到反射信号相对于直射信号的载波相位时延；湖泊水位反演模块用于根据载波相位时延和定位信息进行反演得到待测湖泊的水位。本发明应用于多个不同高度角的卫星信号，从而得到湖泊水位，测量准确度高，适应范围广。

技术领域

本发明涉及湖泊水位测量领域，特别是涉及一种GNSS直反射信号载波干涉测量湖泊水位的装置。

背景技术

利用全球导航卫星系统(Global Navigation Satellites System，GNSS)反射信号进行地球表面物理参数的反演是遥感领域的新型技术之一，具有信号源广、成本低、探测设备轻等优势。该技术通过星载、机载或岸基的特殊装置接收、处理GNSS反射信号可进行地表物理参数的探测。

湖泊水位作为重要的水文参数，是内陆遥感领域长期关注的对象之一。GNSS反射信号高度计最初作为传统高度计的替代技术被提出，通过连续接收处理GNSS直射信号和经地表反射的回波信号得到反射信号相对于直射信号的路径时延，并利用GNSS卫星、接收平台以及镜面反射点之间的几何关系实现接收平台高度的反演，最后与参考高度相减得到相对高度测量。

通常的GNSS反射信号高度计都是利用伪码时延进行高度测量。基于伪码的方法最大的不足是测量精度低，难以满足湖泊水位的测量。鉴于湖泊水面粗糙度低，经湖泊表面反射的GNSS为相干信号，可以充分利于载波相位进行时延测量。目前，基于载波相位测量反射信号相对于直射信号时延的方法是单天线干涉法，通过利用反射信号对直射信号的干扰形成的振荡进行高度测量，其最大缺点是时间分辨率低，且只能应用低高度角的卫星信号。

发明内容

基于此，有必要提供一种GNSS直反射信号载波干涉测量湖泊水位的装置，以应用于多个不同高度角的卫星信号，从而得到湖泊水位。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种GNSS直反射信号载波干涉测量湖泊水位的装置，包括：双频右旋圆极化天线、双频左旋圆极化天线、四通道射频前端、双模导航模块、多通道直/反协同处理模块和湖泊水位反演模块；

所述双频右旋圆极化天线用于接收导航系统中N颗卫星的直射信号；所述导航系统包括GPS卫星导航系统和北斗卫星导航系统；所述双频左旋圆极化天线用于接收经待测湖泊的湖面反射的所述导航系统的反射信号；所述双模导航模块与所述双频右旋圆极化天线连接；所述双模导航模块用于接收所述直射信号，并产生定位信息；所述四通道射频前端与所述双频右旋圆极化天线和所述双频左旋圆极化天线连接；所述四通道射频前端用于对所述直射信号和所述反射信号进行转换，得到四路数字中频信号；所述多通道直/反协同处理模块分别与所述四通道射频前端和所述双模导航模块连接；所述多通道直/反协同处理模块用于根据所述定位信息对四路所述数字中频信号进行干涉处理，得到所述反射信号相对于所述直射信号的载波相位时延；所述湖泊水位反演模块分别与所述多通道直/反协同处理模块和所述双模导航模块连接；所述湖泊水位反演模块用于根据所述载波相位时延和所述定位信息进行反演得到所述待测湖泊的水位。

可选的，所述定位信息包括伪随机噪声号、伪距、载波频率、方位角、高度角、纬度、经度和高度。

可选的，所述GNSS直反射信号载波干涉测量湖泊水位的装置，还包括：与所述湖泊水位反演模块和所述双模导航模块连接的湖泊水位监控模块；

所述湖泊水位监控模块用于对所述定位信息和所述待测湖泊的水位进行可视化显示，并当所述待测湖泊的水位超过预设水位时进行告警。