一种基于导航卫星反射信号的风速探测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风速探测技术领域，具体涉及一种基于导航卫星反射信号的风速探测
目.ο
【背景技术】
[0002]目前，常见的风速探测仪主要有两种，一种为浮标式风速探测仪，其根据波浪来推算风速，存在成本高的问题，且经波浪反推得出的风速存在较大的误差，同时受到潮汐、海床等影响；另一种为假设风速仪，其通常受到地形影响较大，使其推算的风速与海面的风速存在较大的偏差。因此，在对海域的风速探测中均不能准确高效地测算出定点的风速。
[0003]而随着科技的发展，自20世纪九十年代初，人们偶然接收到经海面反射的卫星导航信号起，国外开启了对导航卫星反射信号(GNSS-R)特性的研究，随着对该项技术研究的深入，人们开始将其逐步与遥感领域联系起来。1993年，欧空局Martin-Neria首次提出了利用卫星反射信号进行海面测高的应用，随后，国外对该项技术的应用研究逐渐扩展到海洋遥感、海冰特性研究、土壤湿度探测等领域。GNSS-R技术优势明显，其无需发射源，对信号功率具有较低的要求，同时，随着全球卫星导航系统的发展，地球在轨卫星的增多，为GNSS-R技术的推广提供了丰富的信号源，使其具有良好的覆盖性。
[0004]GNSS-R海洋遥感主要有两种方式:一种为实时处理探测装置，其主要通过接收机对探测区域进行卫星信号采集(直射/反射信号两路)，并完成实时处理，最后经控制软件完成对海洋信息的反演。另一种方式为数据采集和软件接收机后处理模式并用，该方式首先通过采集器完成对海洋直射/反射信号的采集，最后通过软件接收机对原始数据进行处理，最后反演出海洋物理参数。上述两种方式可应用于岸基及机载的情况。但其对探测区域有所要求，为完成探测装置中反演模块的建模操作，需要求探测区域有同比的数据支持，例如浮标、气象站、海洋站等，这无疑给野外探测造成了较大的局限性。因此，GNSS-R在海域风速探测的应用中还存在一定的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于导航卫星反射信号的风速探测装置，用于解决现有的风速仪不能准确高效地测算出海域定点风速的问题。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案:一种基于导航卫星反射信号的风速探测装置，包括风速仪、直射导航卫星信号接收端、反射导航卫星信号接收端和导航卫星反射信号处理机，所述直射导航卫星信号接收端和所述反射导航卫星信号接收端分别通过线缆与所述导航卫星反射信号处理机进行信号传输，所述风速仪与所述导航卫星反射信号处理机之间为无线信号传输；其中，所述导航卫星反射信号处理机包括:
[0007]射频处理模块，包含双射频处理通道，分别为直射射频处理通道和反射射频处理通道，所述直射射频处理通道负责对所接收的直射导航卫星信号进行放大、滤波、下变频、A/D采样和量化处理后输出直射数字中频信号，所述反射射频处理通道负责对所接收的反射导航卫星信号进行放大、滤波、下变频、A/D采样和量化处理后输出反射数字中频信号；
[0008]基带处理模块，对直射数字中频信号进行捕获、跟踪和运算，对反射数字中频信号进行处理，最终输出相关值到反演处理模块中；
[0009]风速仪控制模块，对风速仪实现无线控制并接收风速仪所发送的风速数据，最终输出风速数据到反演处理模块中；
[0010]反演处理模块，根据接收的基带处理模块输出的相关值以及风速仪控制模块输出的风速数据完成风速建模与修正；
[0011]风速显示模块，实时显示由反演处理模块输出的风速信息；
[0012]电源模块，为所述导航卫星反射信号处理机、直射导航卫星信号接收端和反射导航卫星信号接收端供电。
[0013]相比于现有技术，本发明所述的基于导航卫星反射信号的风速探测装置具有以下优势:本发明采用单一直射、单一反射及风速仪组合的方式，初始输入为导航卫星直射信号、经海面反射的导航卫星反射信号和风速仪测得的风速数据，经由导航卫星反射信号处理机实时对所获得的信号及数据进行处理和分析，在线完成风速反演模型的建立，实现对海域的风速探测。同时根据后续风速仪的风速数据，对所建立的风速反演模型进行校正，最终完成风速的精确反演，因此本发明在对风速的探测中可靠性高，通过风速仪的风速数据能更快地建立风速反演模型，且由风速反演模型计算输出的风速数据具有更高的准确性。此外，本发明中的导航卫星反射信号处理机在建模输出风速的过程中还能实现对风速仪的远程智能控制，灵活控制风速仪对基于导航卫星反射信号的风速探测装置的辅助功能。本发明装置通过兼顾风速仪的功能，同时实时对海面的风速进行探测，最终有效地提供可靠的风速数据，因此具有更好的使用效果和更强的市场竞争力。
【附图说明】
[0014]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中在附图中，参考数字之后的字母标记指示多个相同的部件，当泛指这些部件时，将省略其最后的字母标记。在附图中:
[0015]图1示出了本发明基于导航卫星反射信号的风速探测装置的结构框图；
[0016]图2示出了图1中反演处理模块的运行流程图；
[0017]以及，
[0018]图3示出了图1中风速控制指令模块控制风速仪的运行流程图。
[0019]附图标记:
[0020]1-风速仪，2_直射导航卫星彳目号接收端，
[0021]3-反射导航卫星信号接收端， 4-导航卫星反射信号处理机，
[0022]41-射频处理模块，42-基带处理模块，
[0023]43-风速仪控制模块，431-控制指令模块，
[0024]432-ZigBee路由模块，433-数据缓存模块，
[0025]44-反演处理模块，441-风速反演模块，
[0026]442-风速模型修正模块，45-风速显示模块，
[0027]46-电源模块，5-线缆。
【具体实施方式】
[0028]本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的【具体实施方式】的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。
[0029]下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。
[0030]如图1所示，本发明提供一种基于导航卫星反射信号的风速探测装置，包括风速仪1、直射导航卫星信号接收端2、反射导航卫星信号接收端3和导航卫星反射信号处理机4 (GNSS-R 处理机)。
[0031]其中，风速仪1的方向对准探测海域，负责测算平台处的风速，并将风速经由无线信号传输至导航卫星反射信号处理机4中。直射导航卫星信号接收端2接收卫星直射信号，反射导航卫星信号接收端3接收经海面反射的导航卫星反射信号，直射导航卫星信号接收端2和反射导航卫星信号接收端3分别通过线缆5与导航卫星反射信号处理机4相连，则由其接收的直射信号和反射信号通过线缆5输入到导航卫星反射信号处理机4中。本发明采用直射导航卫星信号接收端2和反射导航卫星信号接收端3通过单一直射、单一反射及风速仪1组合的方式，在导航卫星反射信号处理机4中整体快速完成对海面风速反演模型的建立和校正，使得能从导航卫星反射信号处理机4中实时输出经反演后的风速。本发明具有较强的海域实用性和较高的可靠性。
[0032]继续参阅图1，导航卫星反射信号处理机4包括射频处理模块41、基带处理模块42、风速仪控制模块43、反演处理模块44、风速显示模块45和电源模块46，它们之间的连接及信号处理过程如下。
[0033]射频处理模块41包含双射频处理通道，分别为直射射频处理通道和反射射频处理通道，直射导航卫星信号接收端2和反射导航卫星信号接收端3接收到的直射信号和反射信号首先输入射频处理模块41中，分别经直射射频处理通道和反射射频处理通道进行放大、滤波、下变频、A/D采样和量化处理，并输出直射数字中频信号和反射数字中频信号。本实施例中的射频处理模块41采用max2769集成芯片，采样速率为16.369MHz，射频处理模块41上还预留了通道接口，用于后期的扩展。
[0034]基带处理模块42对射频处理模块41输出的直射数字中频信号和反射数字中频信号进行捕获，并经由跟踪、运算等处理，最终得到相关值并输出。其中，直射信号为天顶方向的直射导航卫星信号，一般不会有变化，但由于风场不同，海面的情况也不同，所以反射信号实时随海面的情况而变化，即在不同的风场作用下，反射信号有不同的特性，因此基带处理模块42捕获的反射数字中频信号也在不断变化过程中，相关值随海面情况即根据反射信号不同的特性而变化，因此，此相关值与海面情况相关。计算处理得到的相关值输入到反演处理模块44中。
[0035]风速仪控制模块43接收风速仪1测得的风速数据且对风速数据进行缓存，并将缓存的风速数据输出到反演处理模块44中，风速仪控制模块43还可对风速仪1实现无线控制。
[0036]反演处理模块44根据输入的相关值和风速数据完成风速的建模和对风速测算模型的修正，最终输出经由反演处理模块44得到的风速数据。
[0037]风速显示模块45实时接收从反演处理模块44中输出的风速信息并进行显示。
[0038]电源模块46用于为导航卫星反射信号处理机4、直射导航卫星信号接收端2和反射导航卫星信号接收端3供电。
[0039]上述各模块整体封装在导航卫星反射信号处理机4中，处理机的外部采用隔热、防震、抗腐蚀的材料保护，有利于将该装置应用于恶劣的环境中进行风速探测。
[0040]值得说明的是，上述射频处理模块、基带处理模块、风速