一种用于提高测高精度的gnss-r正交化交错处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于提高测高精度的GNSS-R(GlobalNavigationSatellite system-Reflection)正交化交错（QSE-QuadratureStaggeredExtracting)处理装置， 具体就是一种可以提高处理接收信号信噪比的干涉处理接收装置，可用于提高海面测高精 度，属于遥感应用技术领域。
【背景技术】
[0002] GNSS-R技术是一种新型的海洋遥感应用技术，该技术通过接收、处理经海洋表面 反射的导航卫星信号，得到二维时延多普勒相关功率，并提取反演输入参数，通过模型反演 得到海面高度、有效波高、海面风速等海洋物理参数。
[0003] 基于干涉处理方法的海洋测高是近年GNSS-R研宄领域的一个热点，该方法不需 要产生本地复制载波，将经过时延多普勒补偿处理后直射信号和反射信号进行干涉处理， 从而将GNSS-R处理的信号扩展到除C/A码以外的P(Y)码以及其它民用精确码上，提高了 频带的利用率。传统C/A码测高，由于受限于信号分辨率，测高精度较低，而P(Y)码的相关 功率在镜面反射点处具有更加陡峭的前沿斜率，从而可以有效的提高测高精度。目前利用 P(Y)码进行测高应用的方法主要有相干解调技术以及频带滤除技术，由于干涉处理技术不 需要产生本地复制码，所以该技术对链路通道内的信噪比要求较高，上述方法虽然可以有 效的利用P(Y)码进行海面高度的反演，但通道内的信噪比却不是最优的，还可以进一步优 化方法，提高测高精度。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的：在于提供一种用于提高测高精度的GNSS-R正交化交错处理装置， 该装置不仅可以有效地利用P(Y)码进行测高，相比于传统的相干解调技术实现方案，该接 受处理装置能够提尚链路通道内的彳目噪比，有利于提尚测尚精度。
[0005] 本发明的
【发明内容】
：一种用于提高测高精度的GNSS-R正交化交错处理装置，它 包括载波跟踪模块A、QSE(QuadratureStaggeredExtracting)处理模块B、载波补偿模 块C以及干涉处理模块D。它们之间的位置连接关系及信号走向是：载波跟踪模块A首先 对天线接收的直射信号进行载波跟踪，产生具有与接收直射信号相同多普勒频率的本地复 制载波，并将其输入到QSE处理模块B，QSE处理模块B将直射信号分为两路处理，利用希 尔伯特变换将信号从实数域转换成复数域，再将得到的复信号与本地载波信号进行乘积运 算，经过下变频以及低通滤波处理得到海面测高所需的P(Y)码，而反射信号输入到载波补 偿模块C进行补偿处理；最后，干涉处理模块D对载波补偿后的反射信号和QSE处理模块 B处理得到的P(Y)码进行干涉处理，并得到二维时延多普勒相关功率，然后将得到的二维 DDM(DelayDopplerMapping)相关功率进行海面测高，相比于传统的相干解调技术，该实 现方法可以有效的提尚链路内的彳目噪比，更加有利于提尚测尚精度。
[0006] 所述的载波跟踪模块A包括相干积分模块al、载波跟踪环路模块a2以及载波NCO 模块a3。它们之间的关系是：载波NCO模块a3产生本地复制载波后，用于和接收到的直射 信号进行相关处理，将处理结果输出给相干积分模块al进行相干积分处理，将处理之后的 结果输出给载波跟踪环路模块a2进行载波跟踪，并将产生的跟踪量反馈给载波NCO模块a3 用于本地复制载波的校正，最终达到直射信号的跟踪目的，产生与直射信号具有相同的频 率偏移和码相位的本地复制载波。
[0007] 该相干积分模块al采用传统的相干累加技术将得到两路相关结果通过积分低通 滤波器来消除信号中的高频信号成分和噪声，以提高载噪比。该载波跟踪环路模块a2采用 传统的二阶锁频环辅助下的三阶锁相环来进行载波的跟踪，并将跟踪后的结果用来补偿载 波NCO模块a3的偏移量。该载波NCO模块a3采用传统的载波数控振荡器来复制产生本地 载波的同相分量和正交分量，并将产生的上述两路分量和接收的直射信号进行相关，再将 得到的两路相关结果输入到相干积分模块al。另外，利用来自载波跟踪环路模块a2的环路 滤波得到的相位偏移作为载波NCO模块a3偏移量的补偿。
[0008] 所述的载波补偿模块C包括载波跟踪环路模块a2以及载波NCO模块a3,它用于反 射信号的载波补偿。该载波跟踪环路模块a2和载波NCO模块a3与上述载波跟踪模块a2 所包含的结构关系一致，实现接收反射信号的载波补偿。
[0009] 所述的QSE处理模块B包括Hilbert变换模块bl、复数域变换模块b2以及低通 滤波模块b3。它们之间的关系为：QSE处理模块将接收到的直射信号分为两路，Hilbert 变换模块bl将其中的一路进行Hilbert变换，而复数域变换部分将另外一路直射信号和 Hilbert变换得到的信号分量进行实数域到复数域的变换，再与载波跟踪模块输出的本地 复制载波相乘，经过低通滤波最终得到用于海面高度反演的P(Y)扩频码。该Hilbert变换 部分将其中的一路直射信号采用Hilbert变换，即通过和
【主权项】
1. 一种用于提高测高精度的GNSS-R正交化交错处理装置，其特征在于：它包括载波跟 踪模块、QSE处理模块、载波补偿模块以及干涉处理模块；载波跟踪模块首先对天线接收的 直射信号进行载波跟踪，产生具有与接收直射信号相同多普勒频率的本地复制载波，并将 其输入到QSE处理模块，QSE处理模块将直射信号分为两路处理，利用希尔伯特变换将信号 从实数域转换成复数域，再将得到的复信号与本地载波信号进行乘积运算，经过下变频以 及低通滤波处理得到海面测高所需的P(Y)码，而反射信号输入到载波补偿模块进行补偿 处理；最后，干涉处理模块对载波补偿后的反射信号和QSE处理模块处理得到的P(Y)码进 行干涉处理，并得到二维时延多普勒相关功率，然后将得到的二维时延多普勒相关功率进 行海面测高，相比于传统的相干解调技术，该实现方法有效的提高链路内的信噪比，有利于 提尚测尚精度； 所述的载波跟踪模块包括相干积分模块（al)、载波跟踪环路模块（a2)以及载波NCO 模块（a3);载波NCO模块（a3)产生本地复制载波后，用于和接收到的直射信号进行相关处 理，将处理结果输出给相干积分模块（al进行相干积分处理，将处理之后的结果输出给载 波跟踪环路模块（a2)进行载波跟踪，并将产生的跟踪量反馈给载波NCO模块（a3)用于本 地复制载波的校正，最终达到直射信号的跟踪目的，产生与直射信号具有相同的频率偏移 和码相位的本地复制载波； 该相干积分模块（al)采用传统的相干累加技术将得到两路相关结果通过积分低通滤 波器来消除信号中的高频信号成分和噪声，以提高载噪比；该载波跟踪环路模块（a2)采用 传统的二阶锁频环辅助下的三阶锁相环来进行载波的跟踪，并将跟踪后的结果用来补偿载 波NCO模块（a3)的偏移量；该载波NCO模块（a3)采用传统的载波数控振荡器来复制产生本 地载波的同相分量和正交分量，并将产生的上述两路分量和接收的直射信号进行相关，再 将得到的两路相关结果输入到相干积分模块（al);另外，利用来自载波跟踪环路模块（a2) 的环路滤波得到的相位偏移作为载波NCO模块（a3)偏移量的补偿； 所述的载波补偿模块包括载波跟踪环路模块（a2)以及载波NCO模块（a3)，它用于反射 信号的载波补偿；该载波跟踪环路模块（a2)和载波NCO模块（a3)与上述载波跟踪模块所 包含的结构关系一致，实现接收反射信号的载波补偿； 所述的QSE处理模块包括Hilbert变换模块（bl)、复数域变换模块（b2)以及低通滤波 模块（b3) ;QSE处理模块将接收到的直射信号分为两路，Hilbert变换模块（bl)将其中的 一路进行Hilbert变换，而复数域变换部分将另外一路直射信号和Hilbert变换得到的信 号分量进行实数域到复数域的变换，再与载波跟踪模块输出的本地复制载波相乘，经过低 通滤波最终得到用于海面高度反演的P(Y)扩频码；该Hilbert变换部分将其中的一路直射 信号采用Hilbert变换，即通过和+进行时域上的卷积得到与直射信号正交的信号分量， 输出给复数域变换部分；该复数域变换部分将Hilbert变换部分得到的正交直射信号和另 外一路直射信号，利用复数虚部和实部为相互正交化的关系得到复数信号，从而将接收处 理的直射信号从实数域变换为复数域，而得到的复信号与载波跟踪模块产生的本地复制载 波进行乘积运算，再经过下变频，该低通滤波将下变频得到的处理信号进行低通滤波处理， 最终得到测高需要的扩频码； 所述的干涉处理模块采用传统的相关器结构，包括乘法器和加法器，用于将上视链路 得到的扩频码和下视链路反射信号进行干涉相关处理，得到二维时延多普勒相关值，用于 海面高度反演。
【专利摘要】一种用于提高测高精度的GNSS-R正交化交错处理装置，它包括载波跟踪模块、QSE处理模块、载波补偿模块和干涉处理模块；载波跟踪模块对天线接收的直射信号进行载波跟踪，产生与接收直射信号相同多普勒频率的本地复制载波，并输入到QSE处理模块分为两路处理，利用希尔伯特变换将信号从实数域转换成复数域，再将得到的复信号与本地载波信号乘积运算，经过下变频以及低通滤波处理得到海面测高所需的P(Y)码，而反射信号输入到载波补偿模块进行补偿处理；干涉处理模块对载波补偿后的反射信号和QSE处理模块得到的P(Y)码进行干涉处理，得到二维时延多普勒相关功率，进行海面测高；它有效的提高链路内的信噪比，有利于提高测高精度。
【IPC分类】G01S13-06
【公开号】CN104678388
【申请号】CN201510072468
【发明人】修春娣, 于成辉, 李伟强, 杨东凯
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月11日